10 Metode Pembuangan Panas PCB Sederhana dan Praktis Ini

Dari PCB World

Pada peralatan elektronik, sejumlah panas dihasilkan selama pengoperasian, sehingga suhu internal peralatan meningkat dengan cepat. Jika panas tidak segera dihilangkan, peralatan akan terus memanas, dan perangkat akan rusak karena terlalu panas. Keandalan dan kinerja peralatan elektronik akan menurun.

Oleh karena itu, sangat penting untuk melakukan perlakuan pembuangan panas yang baik pada papan sirkuit. Pembuangan panas pada papan sirkuit PCB merupakan mata rantai yang sangat penting. Mari kita bahas bersama tentang teknik pembuangan panas pada papan sirkuit PCB di bawah ini.

01
Pembuangan panas melalui papan PCB itu sendiri Papan PCB yang saat ini banyak digunakan adalah substrat kain kaca berlapis tembaga/epoksi atau substrat kain kaca resin fenolik, dan sejumlah kecil papan berlapis tembaga berbasis kertas digunakan.

Meskipun substrat ini memiliki sifat listrik dan pemrosesan yang sangat baik, pembuangan panasnya kurang baik. Sebagai metode pembuangan panas untuk komponen bersuhu tinggi, hampir mustahil mengharapkan panas dihantarkan oleh resin PCB itu sendiri, melainkan membuang panas dari permukaan komponen ke udara di sekitarnya.

Namun, karena produk elektronik telah memasuki era miniaturisasi komponen, pemasangan berdensitas tinggi, dan perakitan berpemanas tinggi, tidak cukup hanya mengandalkan permukaan komponen dengan luas permukaan yang sangat kecil untuk menghilangkan panas.

Di saat yang sama, karena penggunaan komponen pemasangan permukaan yang ekstensif seperti QFP dan BGA, panas yang dihasilkan oleh komponen-komponen tersebut ditransfer ke papan PCB dalam jumlah besar. Oleh karena itu, cara terbaik untuk mengatasi masalah pembuangan panas adalah dengan meningkatkan kapasitas pembuangan panas PCB itu sendiri yang bersentuhan langsung dengan elemen pemanas, baik secara konduksi maupun radiasi.

Tata letak PCB
Perangkat yang peka terhadap panas ditempatkan di area angin dingin.

Alat pendeteksi suhu diletakkan pada posisi terpanas.

Perangkat pada papan cetak yang sama harus diatur sedapat mungkin berdasarkan nilai kalor dan tingkat pembuangan panasnya. Perangkat dengan nilai kalor rendah atau ketahanan panas yang buruk (seperti transistor sinyal kecil, sirkuit terpadu skala kecil, kapasitor elektrolit, dll.) harus ditempatkan di aliran udara pendingin. Aliran paling atas (di pintu masuk), sementara perangkat dengan panas atau ketahanan panas yang tinggi (seperti transistor daya, sirkuit terpadu skala besar, dll.) ditempatkan di hilir aliran udara pendingin.

Pada arah horizontal, perangkat berdaya tinggi diletakkan sedekat mungkin dengan tepi papan cetak guna memperpendek jalur perpindahan panas; pada arah vertikal, perangkat berdaya tinggi diletakkan sedekat mungkin dengan bagian atas papan cetak guna mengurangi dampak perangkat tersebut terhadap suhu perangkat lain saat bekerja.

Pembuangan panas papan cetak dalam peralatan terutama bergantung pada aliran udara, sehingga jalur aliran udara harus dipelajari selama desain, dan perangkat atau papan sirkuit cetak harus dikonfigurasi secara wajar.

Seringkali sulit untuk mencapai distribusi seragam yang ketat selama proses desain, tetapi area dengan kepadatan daya yang terlalu tinggi harus dihindari untuk mencegah titik panas memengaruhi operasi normal seluruh sirkuit.

Jika memungkinkan, analisis efisiensi termal sirkuit cetak perlu dilakukan. Misalnya, modul perangkat lunak analisis indeks efisiensi termal yang ditambahkan dalam beberapa perangkat lunak desain PCB profesional dapat membantu desainer mengoptimalkan desain sirkuit.

02
Komponen penghasil panas tinggi ditambah radiator dan pelat penghantar panas. Jika sejumlah kecil komponen di PCB menghasilkan panas dalam jumlah besar (kurang dari 3), heat sink atau pipa panas dapat ditambahkan ke komponen penghasil panas tersebut. Jika suhu tidak dapat diturunkan, radiator dengan kipas dapat digunakan untuk meningkatkan efek pembuangan panas.

Jika jumlah perangkat pemanas besar (lebih dari 3), penutup pembuangan panas (papan) berukuran besar dapat digunakan. Penutup ini berupa heat sink khusus yang disesuaikan dengan posisi dan ketinggian perangkat pemanas pada PCB, atau heat sink datar berukuran besar yang memotong berbagai posisi ketinggian komponen. Penutup pembuangan panas ini terpasang secara integral pada permukaan komponen, dan bersentuhan dengan setiap komponen untuk membuang panas.

Namun, efek pembuangan panasnya kurang baik karena konsistensi ketinggian yang buruk selama perakitan dan pengelasan komponen. Biasanya, bantalan termal pengubah fase termal yang lembut ditambahkan pada permukaan komponen untuk meningkatkan efek pembuangan panas.

03
Untuk peralatan yang mengadopsi pendinginan udara konveksi bebas, yang terbaik adalah mengatur sirkuit terpadu (atau perangkat lain) secara vertikal atau horizontal.

04
Gunakan desain kabel yang wajar untuk mewujudkan pembuangan panas. Karena resin pada pelat memiliki konduktivitas termal yang buruk, dan saluran serta lubang foil tembaga merupakan konduktor panas yang baik, meningkatkan laju sisa foil tembaga dan meningkatkan lubang konduksi panas merupakan cara utama pembuangan panas. Untuk mengevaluasi kapasitas pembuangan panas PCB, perlu dihitung konduktivitas termal ekivalen (sembilan ekivalen) dari material komposit yang terdiri dari berbagai material dengan konduktivitas termal yang berbeda—substrat isolasi untuk PCB.

05
Perangkat pada papan cetak yang sama harus diatur sedapat mungkin sesuai dengan nilai kalor dan tingkat pembuangan panasnya. Perangkat dengan nilai kalor rendah atau ketahanan panas yang buruk (seperti transistor sinyal kecil, sirkuit terpadu skala kecil, kapasitor elektrolit, dll.) harus ditempatkan di aliran udara pendingin. Aliran paling atas (di pintu masuk), sementara perangkat dengan panas atau ketahanan panas yang tinggi (seperti transistor daya, sirkuit terpadu skala besar, dll.) ditempatkan di hilir aliran udara pendingin.

06
Pada arah horizontal, perangkat berdaya tinggi disusun sedekat mungkin dengan tepi papan cetak guna memperpendek lintasan perpindahan panas; pada arah vertikal, perangkat berdaya tinggi disusun sedekat mungkin dengan bagian atas papan cetak guna mengurangi pengaruh perangkat tersebut terhadap suhu perangkat lain.

07
Pembuangan panas papan cetak dalam peralatan terutama bergantung pada aliran udara, sehingga jalur aliran udara harus dipelajari selama desain, dan perangkat atau papan sirkuit cetak harus dikonfigurasi secara wajar.

Saat udara mengalir, ia selalu cenderung mengalir di tempat-tempat dengan resistansi rendah, jadi saat mengonfigurasi perangkat pada papan sirkuit cetak, hindari meninggalkan ruang udara yang besar di area tertentu.

Konfigurasi beberapa papan sirkuit cetak di seluruh mesin juga harus memperhatikan masalah yang sama.

08
Perangkat yang sensitif terhadap suhu sebaiknya ditempatkan di area bersuhu terendah (misalnya, bagian bawah perangkat). Jangan pernah meletakkannya langsung di atas perangkat pemanas. Sebaiknya beberapa perangkat diletakkan secara berselang-seling pada bidang horizontal.

09
Letakkan perangkat dengan konsumsi daya dan pembangkitan panas tertinggi di dekat posisi terbaik untuk pembuangan panas. Jangan letakkan perangkat dengan panas tinggi di sudut dan tepi perifer papan cetak, kecuali jika terdapat unit pendingin di dekatnya. Saat merancang resistor daya, pilih perangkat yang lebih besar sebisa mungkin, dan pastikan memiliki ruang yang cukup untuk pembuangan panas saat menyesuaikan tata letak papan cetak.

10
Hindari konsentrasi titik panas pada PCB, distribusikan daya secara merata pada papan PCB sebanyak mungkin, dan jaga kinerja suhu permukaan PCB tetap seragam dan konsisten.