Այս 10 պարզ և գործնական PCB ջերմության ցրման մեթոդները

PCB World-ից

Էլեկտրոնային սարքավորումների շահագործման ընթացքում որոշակի քանակությամբ ջերմություն է առաջանում, որի պատճառով սարքավորումների ներքին ջերմաստիճանը արագ բարձրանում է։ Եթե ջերմությունը ժամանակին չտարածվի, սարքավորումները կշարունակեն տաքանալ, և սարքը կխափանվի գերտաքացման պատճառով։ Էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիությունը և աշխատանքը կնվազեն։

Հետևաբար, շատ կարևոր է միկրոսխեմայի վրա լավ ջերմափոխանակման մշակում անցկացնել: PCB միկրոսխեմայի ջերմափոխանակումը շատ կարևոր օղակ է, ուստի ինչպիսի՞ն է PCB միկրոսխեմայի ջերմափոխանակման տեխնիկան, եկեք միասին քննարկենք ստորև:

01
Ջերմության տարածումը PCB տախտակի միջով։ Ներկայումս լայնորեն օգտագործվող PCB տախտակները պղնձով պատված/էպօքսիդային ապակե կտորից պատրաստված հիմքեր են կամ ֆենոլային խեժով ապակե կտորից պատրաստված հիմքեր, և օգտագործվում են փոքր քանակությամբ թղթե հիմքով պղնձով պատված տախտակներ։

Չնայած այս հիմքերը ունեն գերազանց էլեկտրական հատկություններ և մշակման հատկություններ, դրանք ունեն վատ ջերմափոխանակում: Բարձր տաքացման հակում ունեցող բաղադրիչների համար ջերմափոխանակման մեթոդի տեսանկյունից գրեթե անհնար է ակնկալել, որ ջերմությունը կհաղորդի հենց տպագիր պլատայի խեժը, այլ ջերմությունը կտարածվի բաղադրիչի մակերեսից շրջակա օդին:

Սակայն, քանի որ էլեկտրոնային արտադրանքը մտել է բաղադրիչների մանրացման, բարձր խտության ամրացման և բարձր տաքացման պահանջներով հավաքման դարաշրջան, ջերմությունը ցրելու համար բավարար չէ հույսը դնել շատ փոքր մակերես ունեցող բաղադրիչի մակերեսի վրա։

Միևնույն ժամանակ, մակերեսային ամրացման բաղադրիչների, ինչպիսիք են QFP-ն և BGA-ն, լայնորեն օգտագործման շնորհիվ բաղադրիչների կողմից առաջացող ջերմությունը մեծ քանակությամբ փոխանցվում է PCB տախտակին: Հետևաբար, ջերմության ցրման խնդիրը լուծելու լավագույն միջոցը տաքացնող տարրի հետ անմիջական շփման մեջ գտնվող PCB-ի ջերմության ցրման հզորության բարելավումն է: Հաղորդական կամ ճառագայթային:

PCB դասավորություն
Ջերմազգայուն սարքերը տեղադրվում են սառը քամու տարածքում։

Ջերմաստիճանի չափման սարքը տեղադրված է ամենատաք դիրքում։

Նույն տպագիր տախտակի վրա գտնվող սարքերը պետք է հնարավորինս դասավորված լինեն ըստ իրենց կալորիականության և ջերմության ցրման աստիճանի: Փոքր կալորիականություն կամ վատ ջերմային դիմադրություն ունեցող սարքերը (օրինակ՝ փոքր ազդանշանային տրանզիստորներ, փոքրածավալ ինտեգրալ սխեմաներ, էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներ և այլն) պետք է տեղադրվեն սառեցման օդային հոսքի մեջ: Ամենավերին հոսքը (մուտքի մոտ), մեծ ջերմային կամ ջերմային դիմադրություն ունեցող սարքերը (օրինակ՝ հզորության տրանզիստորներ, մեծածավալ ինտեգրալ սխեմաներ և այլն) տեղադրվում են սառեցման օդային հոսքից առավելագույնս ներքև:

Հորիզոնական ուղղությամբ բարձր հզորության սարքերը տեղադրվում են տպագիր տախտակի եզրին հնարավորինս մոտ՝ ջերմափոխանակման ուղին կրճատելու համար, իսկ ուղղահայաց ուղղությամբ՝ բարձր հզորության սարքերը տեղադրվում են տպագիր տախտակի վերևին հնարավորինս մոտ՝ այդ սարքերի ազդեցությունը մյուս սարքերի ջերմաստիճանի վրա նվազեցնելու համար, երբ դրանք աշխատում են։

Սարքավորման մեջ տպագիր տախտակի ջերմության ցրումը հիմնականում կախված է օդի հոսքից, ուստի նախագծման ընթացքում պետք է ուսումնասիրվի օդի հոսքի ուղղությունը, և սարքը կամ տպագիր սխեման պետք է լինի ողջամիտ կերպով կարգավորված։

Նախագծման գործընթացում հաճախ դժվար է հասնել խիստ միատարր բաշխման, սակայն պետք է խուսափել չափազանց բարձր հզորության խտություն ունեցող տարածքներից՝ կանխելու համար, որ տաք կետերը ազդեն ամբողջ շղթայի բնականոն աշխատանքի վրա։

Հնարավորության դեպքում անհրաժեշտ է վերլուծել տպագիր սխեմայի ջերմային արդյունավետությունը: Օրինակ, որոշ մասնագիտական PCB նախագծման ծրագրերում ավելացված ջերմային արդյունավետության ինդեքսի վերլուծության ծրագրային մոդուլը կարող է օգնել նախագծողներին օպտիմալացնել սխեմայի նախագծումը:

02
Բարձր ջերմություն առաջացնող բաղադրիչներ՝ գումարած ռադիատորներ և ջերմահաղորդական թիթեղներ: Երբ տպատախտակի փոքր թվով բաղադրիչները մեծ քանակությամբ ջերմություն են առաջացնում (3-ից պակաս), ջերմություն առաջացնող բաղադրիչներին կարելի է ավելացնել ջերմափոխանակիչ կամ ջերմային խողովակ: Երբ ջերմաստիճանը հնարավոր չէ իջեցնել, կարելի է օգտագործել օդափոխիչով ռադիատոր՝ ջերմության ցրման ազդեցությունը ուժեղացնելու համար:

Երբ տաքացնող սարքերի քանակը մեծ է (ավելի քան 3), կարելի է օգտագործել մեծ ջերմափոխանակիչ ծածկ (տախտակ), որը հատուկ ջերմափոխանակիչ է, որը հարմարեցված է տաքացնող սարքի դիրքին և բարձրությանը PCB-ի վրա, կամ մեծ հարթ ջերմափոխանակիչ։ Կտրեք տարբեր բաղադրիչների բարձրության դիրքեր։ Ջերմափոխանակիչ ծածկը ինտեգրված կերպով ամրացված է բաղադրիչի մակերեսին և շփվում է յուրաքանչյուր բաղադրիչի հետ՝ ջերմությունը ցրելու համար։

Սակայն, ջերմության ցրման ազդեցությունը լավ չէ բաղադրիչների հավաքման և եռակցման ընթացքում բարձրության վատ կայունության պատճառով: Սովորաբար, բաղադրիչի մակերեսին ավելացվում է փափուկ ջերմային փուլային փոփոխության ջերմային բարձիկ՝ ջերմության ցրման ազդեցությունը բարելավելու համար:

03
Ազատ կոնվեկցիոն օդային սառեցմամբ սարքավորումների համար լավագույնն է ինտեգրալ սխեմաները (կամ այլ սարքերը) դասավորել ուղղահայաց կամ հորիզոնական։

04
Ջերմության ցրումն ապահովելու համար ընդունեք ողջամիտ միացման նախագծում: Քանի որ թիթեղի մեջ պարունակվող խեժը վատ ջերմահաղորդականություն ունի, իսկ պղնձե փայլաթիթեղի գծերն ու անցքերը լավ ջերմահաղորդիչներ են, պղնձե փայլաթիթեղի մնացած արագության մեծացումը և ջերմահաղորդական անցքերի մեծացումը ջերմության ցրման հիմնական միջոցներն են: ՏՀՏ-ի ջերմության ցրման հզորությունը գնահատելու համար անհրաժեշտ է հաշվարկել տարբեր ջերմահաղորդականություն ունեցող տարբեր նյութերից կազմված կոմպոզիտային նյութի՝ ՏՀՏ-ի մեկուսիչ հիմքի համարժեք ջերմահաղորդականությունը (ինը համարժեք):

05
Նույն տպագիր տախտակի վրա գտնվող սարքերը պետք է հնարավորինս դասավորված լինեն ըստ իրենց կալորիականության և ջերմության ցրման աստիճանի: Ցածր կալորիականություն կամ վատ ջերմային դիմադրություն ունեցող սարքերը (օրինակ՝ փոքր ազդանշանային տրանզիստորներ, փոքրածավալ ինտեգրալ սխեմաներ, էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներ և այլն) պետք է տեղադրվեն սառեցման օդային հոսքի մեջ: Ամենավերին հոսքը (մուտքի մոտ), մեծ ջերմային կամ ջերմային դիմադրություն ունեցող սարքերը (օրինակ՝ հզորության տրանզիստորներ, մեծածավալ ինտեգրալ սխեմաներ և այլն) տեղադրվում են սառեցման օդային հոսքից առավելագույնս ներքև:

06
Հորիզոնական ուղղությամբ բարձր հզորության սարքերը դասավորված են տպագիր տախտակի եզրին հնարավորինս մոտ՝ ջերմափոխանակման ուղին կրճատելու համար, իսկ ուղղահայաց ուղղությամբ բարձր հզորության սարքերը դասավորված են տպագիր տախտակի վերին մասին հնարավորինս մոտ՝ այդ սարքերի ազդեցությունը մյուս սարքերի ջերմաստիճանի վրա նվազեցնելու համար։

07
Սարքավորման մեջ տպագիր տախտակի ջերմության ցրումը հիմնականում կախված է օդի հոսքից, ուստի նախագծման ընթացքում պետք է ուսումնասիրվի օդի հոսքի ուղղությունը, և սարքը կամ տպագիր սխեման պետք է լինի ողջամիտ կերպով կարգավորված։

Երբ օդը հոսում է, այն միշտ հակված է հոսել ցածր դիմադրություն ունեցող վայրերում, ուստի սարքերը տպագիր միացման տախտակի վրա կարգավորելիս խուսափեք որոշակի տարածքում մեծ օդային տարածք թողնելուց։

Ամբողջ մեքենայում բազմաթիվ տպագիր միացումների կոնֆիգուրացիան նույնպես պետք է ուշադրություն դարձնի նույն խնդրին։

08
Ջերմաստիճանին զգայուն սարքը լավագույնս տեղադրվում է ամենացածր ջերմաստիճանի տարածքում (օրինակ՝ սարքի ներքևի մասում): Երբեք մի տեղադրեք այն անմիջապես տաքացնող սարքի վերևում: Լավագույնն է մի քանի սարքերը դասավորել հորիզոնական հարթության վրա:

09
Ամենաբարձր էներգասպառում և ջերմություն առաջացնող սարքերը տեղադրեք ջերմության ցրման լավագույն դիրքի մոտ։ Մի տեղադրեք բարձր տաքացում ունեցող սարքեր տպագիր տախտակի անկյուններում և ծայրամասային եզրերին, եթե դրա մոտակայքում տեղադրված չէ ջերմափոխանակիչ։ Հզորության դիմադրությունը նախագծելիս ընտրեք որքան հնարավոր է մեծ սարք և տպագիր տախտակի դասավորությունը կարգավորելիս ապահովեք, որ այն բավարար տարածք ունենա ջերմության ցրման համար։

10
Խուսափեք տաք կետերի կենտրոնացումից տպատախտակի վրա, հնարավորինս հավասարաչափ բաշխեք հզորությունը տպատախտակի վրա և պահպանեք տպատախտակի մակերեսի ջերմաստիճանի միատարր և հաստատուն աշխատանքը։