Těchto 10 jednoduchých a praktických metod odvodu tepla z desek plošných spojů

Ze světa PCB

U elektronických zařízení se během provozu vytváří určité množství tepla, takže vnitřní teplota zařízení rychle stoupá. Pokud se teplo včas neodvede, zařízení se bude dále zahřívat a v důsledku přehřátí selže. Spolehlivost elektronického zařízení a jeho výkon se sníží.

Proto je velmi důležité provést kvalitní ošetření pro odvod tepla na desce plošných spojů. Odvod tepla desky plošných spojů je velmi důležitým článkem, takže jaká je technika odvodu tepla desky plošných spojů? Pojďme si to společně probrat níže.

01
Odvod tepla samotnou deskou plošných spojů. V současnosti se široce používají desky plošných spojů s měděným potahem/s epoxidovou skelnou tkaninou nebo s fenolovou pryskyřicí skelnou tkaninou a v malém množství se používají i desky s měděným potahem na bázi papíru.

Přestože tyto substráty mají vynikající elektrické vlastnosti a zpracovatelské vlastnosti, mají špatný odvod tepla. U vysoce zahřívaných součástek je téměř nemožné očekávat, že teplo bude vedeno samotnou pryskyřicí desky plošných spojů, ale že teplo bude odváděno z povrchu součástky do okolního vzduchu.

Nicméně, s tím, jak elektronické výrobky vstupují do éry miniaturizace součástek, montáže s vysokou hustotou a montáže s vysokým zahříváním, nestačí spoléhat se na povrch součástky s velmi malou plochou pro odvod tepla.

Zároveň vzhledem k rozsáhlému používání povrchově montovaných součástek, jako jsou QFP a BGA, se teplo generované součástkami ve velkém množství přenáší na desku plošných spojů (PCB). Nejlepším způsobem, jak řešit odvod tepla, je proto zlepšit kapacitu odvodu tepla samotné desky plošných spojů, která je v přímém kontaktu s topným prvkem, ať už vedením nebo zářením.

Rozvržení plošných spojů
Tepelně citlivá zařízení jsou umístěna v oblasti studeného větru.

Zařízení pro detekci teploty je umístěno v nejteplejší poloze.

Zařízení na stejné desce plošných spojů by měla být uspořádána co nejvíce podle jejich výhřevnosti a stupně odvodu tepla. Zařízení s nízkou výhřevností nebo nízkou tepelnou odolností (jako jsou malé signální tranzistory, malé integrované obvody, elektrolytické kondenzátory atd.) by měla být umístěna v proudu chladicího vzduchu. Zařízení s vysokým teplem nebo tepelnou odolností (jako jsou výkonové tranzistory, velké integrované obvody atd.) se umisťují nejvíce za proudem chladicího vzduchu.

V horizontálním směru se vysoce výkonná zařízení umisťují co nejblíže k okraji desky plošných spojů, aby se zkrátila cesta přenosu tepla; ve vertikálním směru se vysoce výkonná zařízení umisťují co nejblíže k horní straně desky plošných spojů, aby se snížil vliv těchto zařízení na teplotu ostatních zařízení během jejich provozu.

Odvod tepla desky plošných spojů v zařízení závisí hlavně na proudění vzduchu, proto by se dráha proudění vzduchu měla během návrhu prostudovat a zařízení nebo deska plošných spojů by měly být rozumně konfigurovány.

Během procesu návrhu je často obtížné dosáhnout striktně rovnoměrného rozložení, ale je třeba se vyhnout oblastem s příliš vysokou hustotou výkonu, aby se zabránilo ovlivnění normálního provozu celého obvodu přehřátými místy.

Pokud je to možné, je nutné analyzovat tepelnou účinnost plošného spoje. Například softwarový modul pro analýzu indexu tepelné účinnosti, který je součástí některých profesionálních softwarů pro návrh desek plošných spojů, může návrhářům pomoci optimalizovat návrh obvodu.

02
Součásti generující velké množství tepla plus radiátory a teplovodivé desky. Pokud malý počet součástek v desce plošných spojů generuje velké množství tepla (méně než 3), lze k těmto součástkám přidat chladič nebo tepelnou trubici. Pokud nelze teplotu snížit, lze pro zvýšení efektu odvodu tepla použít radiátor s ventilátorem.

Pokud je počet topných zařízení velký (více než 3), lze použít velký kryt (desku) pro odvod tepla, což je speciální chladič přizpůsobený poloze a výšce topného zařízení na desce plošných spojů, nebo velký plochý chladič. Vyřízněte součástky v různých výškách. Kryt pro odvod tepla je integrálně připevněn k povrchu součástky a dotýká se každé součástky, aby odváděl teplo.

Účinek odvodu tepla však není dobrý kvůli špatné konzistenci výšky během montáže a svařování součástí. Obvykle se na povrch součásti přidává měkká tepelná podložka s fázovou změnou, která zlepšuje účinek odvodu tepla.

03
U zařízení, která využívají chlazení vzduchem s volnou konvekcí, je nejlepší uspořádat integrované obvody (nebo jiná zařízení) svisle nebo vodorovně.

04
Pro dosažení odvodu tepla použijte rozumný návrh zapojení. Protože pryskyřice v desce má nízkou tepelnou vodivost a měděné linie a otvory jsou dobrými vodiči tepla, je zvýšení zbývajícího podílu měděné fólie a zvětšení otvorů pro vedení tepla hlavním prostředkem odvodu tepla. Pro vyhodnocení kapacity odvodu tepla desky plošných spojů je nutné vypočítat ekvivalentní tepelnou vodivost (devět ekvivalentů) kompozitního materiálu složeného z různých materiálů s různou tepelnou vodivostí – izolačního substrátu desky plošných spojů.

05
Součástky na stejné desce plošných spojů by měly být uspořádány co nejvíce podle jejich výhřevnosti a stupně odvodu tepla. Součástky s nízkou výhřevností nebo špatnou tepelnou odolností (jako jsou malosignální tranzistory, malé integrované obvody, elektrolytické kondenzátory atd.) by měly být umístěny v proudu chladicího vzduchu. V nejvyšším proudu (na vstupu) se zařízení s velkým teplem nebo tepelnou odolností (jako jsou výkonové tranzistory, velké integrované obvody atd.) umisťují nejvíce za proudem chladicího vzduchu.

06
V horizontálním směru jsou vysoce výkonná zařízení uspořádána co nejblíže k okraji desky plošných spojů, aby se zkrátila cesta přenosu tepla; ve vertikálním směru jsou vysoce výkonná zařízení uspořádána co nejblíže k horní straně desky plošných spojů, aby se snížil vliv těchto zařízení na teplotu ostatních zařízení.

07
Odvod tepla desky plošných spojů v zařízení závisí hlavně na proudění vzduchu, proto by se dráha proudění vzduchu měla během návrhu prostudovat a zařízení nebo deska plošných spojů by měly být rozumně konfigurovány.

Když vzduch proudí, má vždy tendenci proudit v místech s nízkým odporem, proto při konfiguraci zařízení na desce plošných spojů se vyhněte ponechání velkého vzdušného prostoru v určité oblasti.

Konfigurace více desek plošných spojů v celém stroji by měla také věnovat pozornost stejnému problému.

08
Teplotně citlivé zařízení je nejlepší umístit do oblasti s nejnižší teplotou (například do spodní části zařízení). Nikdy jej neumisťujte přímo nad topné zařízení. Nejlepší je umístit více zařízení v horizontální rovině střídavě.

09
Umístěte zařízení s nejvyšší spotřebou energie a generováním tepla do blízkosti nejlepšího místa pro odvod tepla. Neumisťujte zařízení s vysokým zahříváním na rohy a okraje desky plošných spojů, pokud v jejich blízkosti není umístěn chladič. Při navrhování výkonového rezistoru zvolte co největší součástku a při úpravě uspořádání desky plošných spojů zajistěte dostatek prostoru pro odvod tepla.

10
Zabraňte koncentraci horkých míst na desce plošných spojů, co nejvíce rovnoměrně rozložte napájení na desce plošných spojů a udržujte rovnoměrnou a konzistentní teplotu povrchu desky plošných spojů.