功率器材封装技能宗族新成员推进电路板规划向前开展
BPA在其刚刚宣布的陈述《电路板中的金属—增强印刷电路板的热能与功率办理的机会》中确认了功率半导体宗族的新成员，且指出这些半导体器材对电路板的热能和功率办理提出了新的规划要求。该陈述根据下述原则将许多应运而生的电路板级解决方案分为12大类：
● 热能办理技能—热导管、内嵌物和散热面等;
● 电流办理—铜面、嵌入式母线、离散布线或带;
● 电路板铺设—层数及内部/外部散热面的运用。
这些解决方案供给了广泛的热能与功率办理才能，且经过电路板热途径可以供给温升在10℃以内的不同功率密度办理才能。这些解决方案的功率密度规模为0.25W/cm2~35W/cm2。
现在，功率转化、办理与操控的数字化进程不断加速，功率半导体技能的开展和自动化安装本钱优势日益突出，然后推进表贴封装技能向着更新、更小的趋势开展。在这种景象下，这些解决方案所能供给的才能规模是至关重要的。
小型封装供给高能量
“等量”封装产品宗族便是其中之一，这种器材由世界整流器公司(IR)开发并命名为“DirectFET”进入市场。还有一品种似的封装便是英飞凌科技股份有限公司的“CanPAK”，选用世界整流公司授权的DirectFET技能制成。这些器材之所以被称为“等量”器材是由于它们供给一条既可通往电路板内部又可在需求时经过封装顶部通往电路板外部的平衡散热途径，如图1所示。
图1：“等量”封装供给两条散热途径：通往电路板内部和周围环境。
除了可以满意热量要求外，等量封装中运用金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的电源运用可以承载五十安培至几百安培的电流。这远远超越传统印刷电路板可以承载的电流上限(10A～15A)。要办理该种电流强度需求一套不同且共同的电路板规划标准。
载流容量—功率封装中的一个要害参数
经过导体的电流会以热的方法构成电阻功率的损耗(I2R)，在高电流强度的状况下，温升成为载流容量的一个决议要素，由于导体的电阻率跟着温度的改变而改变。电阻率和温度呈线性关系，也便是说，电阻率与温度改变成正比，改变速率由导体的温度系数决议。
RT = RT0 × [(1 + α(T-T0)] (1)
式中：
T—丈量电阻率时的温度;
T0—参阅温度(周围环境温度);
α—线性温度系数(铜电阻温度系数=0.004);
RT—丈量温度下的电阻率;
RT0—参阅温度下的电阻率。
关于一个铜导体而言，温度每添加25℃，导体的电阻率RT随之添加，最大载流容量则下降5%。考虑到这可能会使功率损耗愈加严峻并导致温度升高，在MiB规划实践中有必要考虑有用地操控和下降导体电阻率，一起供给低热阻途径用于发出热量。
在印刷电路板中，载流容量取决于多种不同要素：
● 由分散层、接地层和叠层供给的传导和对流才能;
● 途径宽度和厚度的比率;
● 周围环境温度;
● 相邻高电流途径;
● 沟通(AC)或直流(DC)电流;
● 部分横截面缩短的存在与频率;
● 与导体串联镀通孔的存在、数量和导电横截面。
因而，规划过程中需考虑更多的可变要素，而不只仅只根据IPC 2152电流和温度表的比照。
MiB—创新式规划的福音
“电路板中的金属”(简写为MiB)包含多种将MiB构件结合在一起然后供给有用高电流解决方案的办法。离散线印刷电路板(简写为DWPCB)便是最常用的一种。
市场上可以买到的一种DWPCB是由澳大利亚PCB制造商Häusermann GmbH开发的“HSMTec”。HSMTec运用直径为0.5mm的铜线和0.5mm厚的矩形横截面铜带(“型材”)，在电路板内供给离散性低电阻电流和热量途径，如图2所示。
图2：“离散布线”工艺—将高电流元件焊接至电路板内层。
与传统厚铜板或金属芯板比较，这种解决方案有许多优势：
● 传统PCB工艺保证始终如一的高可靠性;
● 只在需求时供给加强型热量和电流途径;
● MiB本钱取决于需求MiB的那些网;
● 布线密度高且契合高密度互连(HDI)使能逻辑和功率集成;
● FR-4资料的运用减少了铝基板中经常出现的热膨胀系数(CTE)不匹配状况;
● 拼装期间电路板可折叠，为LED灯具供给光度解决方案且无需运用子板/接头。
构成DWPCB电路板MiB组件的型材和导线被焊接在蚀刻于内芯的途径上，构成一个由蚀刻途径和结合元件组成的三明治形状。这一专利工艺可以保证途径与对均匀散热至关重要的导线/型材之间熔合线的一致性和导体横截面的一致性。一起，这一工艺简化了布局使命和/或从传统规划的转化流程，由于高电流MiB组件(导线和型材)的安置是在内层或外层明显扩展了的途径上完结的。
这种摆放方法为叠层装备供给了更多的灵活性。型材/导线焊接在路由途径上，散热面可与MiB途径同层或设置在与MiB途径同轴的饰面层。经证明，设置于饰面层的散热面可改进散热作用，如图3所示。
图3：散热面临散热作用的影响。
规划攻略包含根据不同布局组织的热像调查载流容量表。如图4所示，DWPCB电路板合适额定电流高达约140A(40℃温升)的“中等”功率运用。
图4：各种型材横截面和电流(安培)的温升。
结合热通孔或内嵌物，取决于占空比的巨细，这一数值可以超越300A。BPA陈述中提及的其他MiB类型适用于高电流运用(250A～1000A)，尤其是混合动力/电动汽车或高功率整流。
DWPCB电路板的中等电流才能、高散热特性和规划灵活性使其成为逻辑电路板、总线和线缆的更具性价比的替代品，并且其运用规模正在不断扩展。
规划实例：电动动力系统
图5所示的锂离子电池组可为轻型电动车供给均匀100A、最大300A的电流。
