PCB Layout 對晶片溫度的影響

在這兩篇曾經提過PCB Layout對於晶片溫度有著不小的影響:

這篇透過3種狀況來比較其表現，分別是: 載入真實線路，等效熱傳導係數，以及一整塊FR-4，分別對應Rjb從大到小，讓大家用模擬感受一下其差異。

模型很簡單，就是一張Add-on card上面打一顆SDRAM。
根據Datasheet，SDRAM Rjb=17.4C/W, Rjc=5.9C/W，Power設定為1W。
而PCB是一張1.6mm的八層板，搭配上V=1.5m/s由右往左吹的水平風，結果到底是人體無感，還是茲事體大呢?

Case1: PCB with imported layout- Tj=61.23C

Case2: PCB with effective thermal conductivity– Tj=74.91C

Case3: PCB with all FR4– Tj=98.63

從模擬結果可以發現Layout影響相當大，從高到低可以相差有30C，的確大部分的熱是從透過Via從BOT側離開或是透過TOP的銅擴散出去協助散熱。
在CASE1中可以很明顯地看到熱沿著線路以及內層Plane的方向走。
在CASE2中稍微可以看到擴散的效果但是已經受到了很大程度的截斷，同時，無法表現出通往背面的VIA效果。
在CASE3幾乎就是限制了只能從IC表層離開。

後續又做了一組CASE1與CASE2上面加上Heatsink的對照，結果是
  Case1: Tj=58.64C
  Case2: Tj=61.82C
說明從BOT散出的熱其實是不能忽略的，而效果跟一個HS差不多

如果將發熱量提高到5W
  Case1: Tj=134.2C
  Case2: Tj=187.6C
在瓦數提高的狀況下更為明顯，除了在設計HS降低Rca以外，調整Layout讓熱能順利走到背面完全是必要的。

最後是使用Icepak模擬IC Package的小注意事項:
1. 可以使用Block中的network來使用2R model模擬熱阻效應，但是
熱阻模型下的內部解空間是架空的，IC內部是沒有網格且沒有資料。
2. 如果要模擬Heatsink的效應，可以使用熱阻block，或是廠商提供的CCM模型，上面搭配HS模型處理，至於等效block現在認為有點雞肋。
3. 曾經考慮過用均質發熱block搭配等效k值，但是後來覺得，IC發熱模式由中心晶片產熱，經由基板導線架，走到封裝外殼，其實用2R熱阻模型更適合，而非整個IC都在發熱。再者是做fitting的時候，用2R來控制，直觀且線性，用k值調整反而難表現上下散熱路線差距，同時既然兩者除去Tj外IC內部溫度都沒有意義，那其實沒有必要下這番功夫。