PCB maailmast
Elektroonikaseadmete puhul tekib töötamise ajal teatud kogus soojust, mistõttu seadme sisetemperatuur tõuseb kiiresti. Kui soojust õigeaegselt ei hajutata, kuumeneb seade edasi ja seade võib ülekuumenemise tõttu rikki minna. Elektroonikaseadmete töökindlus väheneb.
Seetõttu on väga oluline trükkplaadil korralikult soojust hajutada. Trükkplaadi soojuse hajumine on väga oluline lüli, seega arutame allpool koos, milline on trükkplaadi soojuse hajutamise tehnika.
01
Soojuse hajumine trükkplaadi enda kaudu Praegu laialdaselt kasutatavad trükkplaadid on vasega plakeeritud/epoksüüdklaasriidest aluspinnad või fenoolvaigust klaasriidest aluspinnad ning vähesel määral kasutatakse ka paberipõhiseid vasega plakeeritud plaate.
Kuigi neil aluspindadel on suurepärased elektrilised omadused ja töötlemisomadused, on neil halb soojuseraldus. Kõrge kuumusega komponentide soojuseraldusmeetodina on peaaegu võimatu eeldada, et soojust juhib trükkplaadi enda vaik, vaid et soojus hajub komponendi pinnalt ümbritsevasse õhku.
Kuna elektroonikaseadmed on aga jõudnud komponentide miniaturiseerimise, suure tihedusega paigaldamise ja kõrge kuumusega montaaži ajastusse, ei piisa enam ainult väga väikese pindalaga komponendi pinnale lootmisest soojuse hajutamiseks.
Samal ajal kandub QFP ja BGA-taoliste pinnapealsete komponentide laialdase kasutamise tõttu komponentide tekitatud soojus suures koguses trükkplaadile. Seetõttu on parim viis soojuse hajumise probleemi lahendamiseks parandada trükkplaadi enda soojuse hajumise võimet, mis on otseses kontaktis kütteelemendiga. Kas juhtiv või kiirgav soojus.
PCB paigutus
Termotundlikud seadmed paigutatakse külma tuulega piirkonda.
Temperatuuri mõõtmise seade asetatakse kõige kuumemasse kohta.
Samal trükkplaadil olevad seadmed tuleks paigutada võimalikult kaugele vastavalt nende kütteväärtusele ja soojuseraldusastmele. Väikese kütteväärtusega või halva kuumakindlusega seadmed (näiteks väikesemahulised signaalitransistorid, väikesemahulised integraallülitused, elektrolüütkondensaatorid jne) tuleks paigutada jahutusõhuvoolu. Kõige ülemises voolus (sisselaske juures) tuleks paigutada suure kuumuse või kuumakindlusega seadmed (näiteks võimsustransistorid, suuremahulised integraallülitused jne) jahutusõhuvoolust kõige allavoolu.
Horisontaalses suunas paigutatakse suure võimsusega seadmed trükkplaadi servale võimalikult lähedale, et lühendada soojusülekande teed; vertikaalsuunas paigutatakse suure võimsusega seadmed trükkplaadi ülaossa võimalikult lähedale, et vähendada nende seadmete mõju teiste seadmete temperatuurile nende töötamise ajal.
Seadme trükkplaadi soojuse hajumine sõltub peamiselt õhuvoolust, seega tuleks projekteerimise ajal uurida õhuvoolu teed ning seade või trükkplaat tuleks mõistlikult konfigureerida.
Projekteerimisprotsessi käigus on sageli keeruline saavutada rangelt ühtlast jaotust, kuid liiga suure võimsustihedusega alasid tuleb vältida, et kuumad kohad ei mõjutaks kogu vooluringi normaalset tööd.
Võimaluse korral on vaja analüüsida trükkplaadi termilist efektiivsust. Näiteks mõnes professionaalses trükkplaatide projekteerimise tarkvaras sisalduv termilise efektiivsuse indeksi analüüsi tarkvaramoodul aitab disaineritel vooluringi disaini optimeerida.
02
Suure soojuseraldusega komponendid koos radiaatorite ja soojusjuhtivusplaatidega. Kui trükkplaadil on vähe komponente, mis tekitavad palju soojust (alla 3), saab soojuseralduskomponentidele lisada jahutusradiaatori või soojustoru. Kui temperatuuri ei saa alandada, saab soojuse hajumise parandamiseks kasutada ventilaatoriga radiaatorit.
Kui kütteseadmete arv on suur (üle 3), saab kasutada suurt soojuseralduskatet (plaati), mis on spetsiaalne jahutusradiaator, mis on kohandatud vastavalt kütteseadme asukohale ja kõrgusele trükkplaadil või suurele lamedale jahutusradiaatorile, millest on välja lõigatud erinevad komponendi kõrguse positsioonid. Soojuseralduskate on komponendi pinnale integreeritud ja see puutub kokku iga komponendiga soojuse hajutamiseks.
Kuid komponentide kokkupaneku ja keevitamise ajal kõrguse ebaühtluse tõttu ei ole soojuse hajumise efekt hea. Tavaliselt lisatakse komponendi pinnale pehme termilise faasimuutusega termopadi, et parandada soojuse hajumise efekti.
03
Vaba konvektsiooniga õhkjahutust kasutavate seadmete puhul on kõige parem paigutada integraallülitused (või muud seadmed) vertikaalselt või horisontaalselt.
04
Soojuse hajutamiseks kasutage mõistlikku juhtmestiku konstruktsiooni. Kuna plaadi vaigul on halb soojusjuhtivus ning vaskfooliumi jooned ja augud on head soojusjuhid, on soojuse hajumise peamised viisid vaskfooliumi järelejäänud kiiruse suurendamine ja soojusjuhtivusavade suurendamine. Trükkplaadi soojuse hajumise võime hindamiseks on vaja arvutada komposiitmaterjali ekvivalentne soojusjuhtivus (üheksa ekv), mis koosneb erinevatest erineva soojusjuhtivusega materjalidest - trükkplaadi isoleerivast aluspinnast.
05
Samal trükkplaadil olevad seadmed tuleks paigutada võimalikult kaugele vastavalt nende kütteväärtusele ja soojuseraldusastmele. Madala kütteväärtusega või halva kuumakindlusega seadmed (näiteks väikesignaalitransistorid, väikesemahulised integraallülitused, elektrolüütkondensaatorid jne) tuleks paigutada jahutusõhuvoolu. Kõige ülemises voolus (sisselaske juures) tuleks paigutada suure kuumuse või kuumakindlusega seadmed (näiteks võimsustransistorid, suuremahulised integraallülitused jne) jahutusõhuvoolust kõige allavoolu.
06
Horisontaalses suunas on suure võimsusega seadmed paigutatud trükkplaadi servale võimalikult lähedale, et lühendada soojusülekande teed; vertikaalsuunas on suure võimsusega seadmed paigutatud trükkplaadi ülaosale võimalikult lähedale, et vähendada nende seadmete mõju teiste seadmete temperatuurile.
07
Seadme trükkplaadi soojuse hajumine sõltub peamiselt õhuvoolust, seega tuleks projekteerimise ajal uurida õhuvoolu teed ning seade või trükkplaat tuleks mõistlikult konfigureerida.
Kui õhk voolab, kipub see alati voolama madala takistusega kohtades, seega trükkplaadile seadmete konfigureerimisel tuleks vältida suure õhuruumi jätmist teatud alale.
Mitme trükkplaadi konfiguratsioon kogu masinas peaks samuti pöörama tähelepanu samale probleemile.
08
Temperatuuritundlik seade on kõige parem paigutada madalaima temperatuuriga alale (näiteks seadme põhja). Ärge kunagi asetage seda otse kütteseadme kohale. Parim on paigutada mitu seadet horisontaaltasapinnale nihutades.
09
Asetage suurima energiatarbimise ja soojuse tekitamisega seadmed parimasse kohta soojuse hajutamiseks. Ärge asetage kõrge kuumusega seadmeid trükkplaadi nurkadele ja servadele, välja arvatud juhul, kui selle lähedale on paigutatud jahutusradiaator. Võimsustakisti projekteerimisel valige võimalikult suurem seade ja trükkplaadi paigutuse reguleerimisel jätke piisavalt ruumi soojuse hajutamiseks.
10
Vältige kuumade kohtade koondumist trükkplaadile, jaotage võimsus trükkplaadile võimalikult ühtlaselt ja hoidke trükkplaadi pinnatemperatuuri ühtlane ja järjepidev.
Projekteerimisprotsessi käigus on sageli keeruline saavutada rangelt ühtlast jaotust, kuid liiga suure võimsustihedusega alasid tuleb vältida, et kuumad kohad ei mõjutaks kogu vooluringi normaalset tööd.
Võimaluse korral on vaja analüüsida trükkplaadi termilist efektiivsust. Näiteks mõnes professionaalses trükkplaatide projekteerimise tarkvaras sisalduv termilise efektiivsuse indeksi analüüsi tarkvaramoodul aitab disaineritel vooluringi disaini optimeerida.