Einfache und praktische Methode zur Wärmeableitung von Leiterplatten

Bei elektronischen Geräten entsteht während des Betriebs eine gewisse Wärmemenge, sodass die Innentemperatur des Geräts schnell ansteigt. Wird die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt, erwärmt sich das Gerät weiter und es kommt zu einem Geräteausfall aufgrund von Überhitzung. Die Zuverlässigkeit der elektronischen Geräte nimmt ab.

Daher ist es sehr wichtig, eine gute Wärmeableitungsbehandlung auf der Leiterplatte durchzuführen. Die Wärmeableitung der PCB-Leiterplatte ist ein sehr wichtiges Bindeglied. Was ist also die Wärmeableitungstechnik der PCB-Leiterplatte? Lassen Sie uns dies im Folgenden gemeinsam besprechen.

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Wärmeableitung über die Leiterplatte selbst. Bei den derzeit weit verbreiteten Leiterplatten handelt es sich um kupferkaschierte Substrate mit Epoxidglasgewebe oder Phenolharz-Glasgewebesubstrate. In geringem Umfang werden auch kupferkaschierte Platten auf Papierbasis verwendet.

Obwohl diese Substrate hervorragende elektrische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften aufweisen, weisen sie eine schlechte Wärmeableitung auf. Als Wärmeableitungsmethode für Komponenten mit hoher Erwärmung ist es fast unmöglich, Wärme vom Harz der Leiterplatte selbst zu leiten, sondern von der Oberfläche der Komponente an die Umgebungsluft abzuleiten.

Da jedoch bei elektronischen Produkten das Zeitalter der Miniaturisierung von Komponenten, der Montage mit hoher Dichte und der Montage mit hoher Erwärmung angebrochen ist, reicht es nicht mehr aus, sich bei der Wärmeableitung auf die Oberfläche einer Komponente mit sehr kleiner Oberfläche zu verlassen.

Gleichzeitig wird durch die umfangreiche Verwendung von oberflächenmontierten Komponenten wie QFP und BGA eine große Menge der von den Komponenten erzeugten Wärme auf die Leiterplatte übertragen. Daher besteht der beste Weg, das Problem der Wärmeableitung zu lösen, darin, die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte selbst, die in direktem Kontakt mit dem Heizelement steht, über die Leiterplatte zu verbessern. Geleitet oder abgestrahlt.

Luftströme neigen immer dazu, an Stellen mit geringem Widerstand zu strömen. Vermeiden Sie daher bei der Konfiguration von Bauteilen auf einer Leiterplatte große Lufträume in einem bestimmten Bereich. Auch bei der Konfiguration mehrerer Leiterplatten in der gesamten Maschine sollte dieses Problem berücksichtigt werden.

Das temperaturempfindliche Gerät wird am besten im Bereich mit der niedrigsten Temperatur (z. B. an der Unterseite des Geräts) platziert. Platzieren Sie es niemals direkt über dem Heizgerät. Es ist am besten, mehrere Geräte horizontal zu versetzen.

Platzieren Sie die Geräte mit dem höchsten Stromverbrauch und der höchsten Wärmeentwicklung in der Nähe der Stelle, an der die Wärme optimal abgeführt werden kann. Platzieren Sie Geräte mit hoher Wärmeentwicklung nicht an den Ecken und Kanten der Leiterplatte, es sei denn, in der Nähe befindet sich ein Kühlkörper.

Wählen Sie beim Entwurf des Leistungswiderstands möglichst ein größeres Gerät und achten Sie beim Anpassen des Layouts der Leiterplatte darauf, dass genügend Platz für die Wärmeableitung vorhanden ist.

Komponenten mit hoher Wärmeentwicklung sowie Radiatoren und Wärmeleitplatten. Wenn eine kleine Anzahl von Komponenten auf der Leiterplatte viel Wärme erzeugt (weniger als 3), kann den wärmeerzeugenden Komponenten ein Kühlkörper oder ein Wärmerohr hinzugefügt werden. Wenn die Temperatur nicht gesenkt werden kann, kann ein Radiator mit Lüfter verwendet werden, um die Wärmeableitung zu verbessern.

Bei einer großen Anzahl von Heizgeräten (mehr als drei) kann eine große Wärmeableitungsabdeckung (Platine) verwendet werden. Dabei handelt es sich um einen speziellen Kühlkörper, der an die Position und Höhe des Heizgeräts auf der Leiterplatte angepasst ist, oder um einen großen, flachen Kühlkörper, der unterschiedliche Bauteilhöhenpositionen ausschneidet. Die Wärmeableitungsabdeckung ist fest mit der Oberfläche des Bauteils verbunden und kontaktiert jedes Bauteil, um die Wärme abzuleiten.

Aufgrund der mangelnden Höhenkonsistenz beim Zusammenbau und Schweißen der Komponenten ist die Wärmeableitung jedoch nicht optimal. Um die Wärmeableitung zu verbessern, wird üblicherweise ein weiches Wärmeleitpad mit Phasenwechselfunktion auf die Oberfläche der Komponente aufgebracht.

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Bei Geräten mit freier Konvektionsluftkühlung empfiehlt es sich, integrierte Schaltkreise (oder andere Geräte) vertikal oder horizontal anzuordnen.

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Verwenden Sie ein sinnvolles Verdrahtungsdesign, um die Wärmeableitung zu gewährleisten. Da das Harz in der Platte eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist und die Kupferfolienleitungen und -löcher gute Wärmeleiter sind, sind die Erhöhung der verbleibenden Kupferfolienmenge und die Vergrößerung der Wärmeleitlöcher die wichtigsten Mittel zur Wärmeableitung. Um die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte zu bewerten, muss die äquivalente Wärmeleitfähigkeit (neun Äquivalenz) des Verbundmaterials berechnet werden, das aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit besteht – dem isolierenden Substrat der Leiterplatte.

Die Komponenten auf derselben Leiterplatte sollten möglichst entsprechend ihrem Heizwert und ihrer Wärmeableitung angeordnet sein. Geräte mit niedrigem Heizwert oder geringer Wärmebeständigkeit (z. B. Kleinsignaltransistoren, kleine integrierte Schaltkreise, Elektrolytkondensatoren usw.) sollten im Kühlluftstrom platziert werden. Geräte mit hoher Wärmeableitung oder Wärmebeständigkeit (z. B. Leistungstransistoren, große integrierte Schaltkreise usw.) sollten im oberen Strömungskanal (am Eingang) platziert werden und am weitesten stromabwärts des Kühlluftstroms platziert werden.

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In horizontaler Richtung werden die Hochleistungsgeräte möglichst nah am Rand der Leiterplatte angeordnet, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen; in vertikaler Richtung werden die Hochleistungsgeräte möglichst nah an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, um den Einfluss dieser Geräte auf die Temperatur anderer Geräte zu verringern.

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Die Wärmeableitung der Leiterplatte im Gerät hängt hauptsächlich vom Luftstrom ab. Daher sollte der Luftstromweg während der Konstruktion untersucht und das Gerät bzw. die Leiterplatte angemessen konfiguriert werden.

Wenn Luft strömt, tendiert sie immer dazu, an Stellen mit geringem Widerstand zu strömen. Vermeiden Sie daher beim Konfigurieren von Geräten auf einer Leiterplatte, in einem bestimmten Bereich einen großen Luftraum zu lassen.

Bei der Konfiguration mehrerer Leiterplatten in der gesamten Maschine sollte ebenfalls auf dasselbe Problem geachtet werden.

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Das temperaturempfindliche Gerät wird am besten im Bereich mit der niedrigsten Temperatur (z. B. an der Unterseite des Geräts) platziert. Platzieren Sie es niemals direkt über dem Heizgerät. Es ist am besten, mehrere Geräte horizontal zu versetzen.

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Platzieren Sie die Geräte mit dem höchsten Stromverbrauch und der höchsten Wärmeentwicklung so, dass die Wärme optimal abgeführt werden kann. Platzieren Sie Geräte mit hoher Wärmeentwicklung nicht an den Ecken und Kanten der Leiterplatte, es sei denn, in deren Nähe befindet sich ein Kühlkörper. Wählen Sie beim Entwurf des Leistungswiderstands möglichst große Geräte und achten Sie beim Anpassen des Leiterplattenlayouts auf ausreichend Platz zur Wärmeableitung.

10. Vermeiden Sie die Konzentration von Hotspots auf der Leiterplatte, verteilen Sie die Leistung möglichst gleichmäßig auf der Leiterplatte und sorgen Sie für eine gleichmäßige und konsistente Oberflächentemperatur. Eine strikte Gleichverteilung während des Designprozesses ist oft schwierig, Bereiche mit zu hoher Leistungsdichte müssen jedoch vermieden werden, um zu verhindern, dass Hotspots den normalen Betrieb der gesamten Schaltung beeinträchtigen. Wenn möglich, ist es notwendig, den thermischen Wirkungsgrad der Leiterplatte zu analysieren. Beispielsweise kann das in einigen professionellen PCB-Designprogrammen integrierte Softwaremodul zur Analyse des thermischen Wirkungsgradindexes Designern helfen, das Schaltungsdesign zu optimieren.