Questi 10 metodi semplici e pratici per la dissipazione del calore dei PCB

Da PCB World

Durante il funzionamento, le apparecchiature elettroniche generano una certa quantità di calore, che ne aumenta rapidamente la temperatura interna. Se il calore non viene dissipato in tempo, l'apparecchiatura continuerà a surriscaldarsi e il dispositivo si surriscalda, compromettendone l'affidabilità e le prestazioni.

Pertanto, è fondamentale eseguire un buon trattamento di dissipazione del calore sul circuito stampato. La dissipazione del calore del circuito stampato è un passaggio fondamentale, quindi di seguito spiegheremo insieme qual è la tecnica di dissipazione del calore del circuito stampato.

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Dissipazione del calore attraverso la scheda PCB stessa Le schede PCB attualmente più utilizzate sono substrati in tessuto di vetro rivestito in rame/epossidico o substrati in tessuto di vetro in resina fenolica e, in piccola quantità, vengono utilizzate schede rivestite in rame a base di carta.

Sebbene questi substrati abbiano eccellenti proprietà elettriche e di lavorazione, presentano una scarsa dissipazione del calore. Come metodo di dissipazione del calore per componenti ad alto calore, è quasi impossibile aspettarsi che il calore venga condotto dalla resina del PCB stesso, ma che venga dissipato dalla superficie del componente verso l'aria circostante.

Tuttavia, poiché i prodotti elettronici sono entrati nell'era della miniaturizzazione dei componenti, del montaggio ad alta densità e dell'assemblaggio ad alto calore, non è più sufficiente affidarsi alla superficie di un componente con un'area superficiale molto piccola per dissipare il calore.

Allo stesso tempo, a causa dell'ampio utilizzo di componenti a montaggio superficiale come QFP e BGA, il calore generato dai componenti viene trasferito in gran parte alla scheda PCB. Pertanto, il modo migliore per risolvere il problema della dissipazione del calore è migliorare la capacità di dissipazione del calore del PCB stesso, che è a diretto contatto con l'elemento riscaldante, sia per conduzione che per irraggiamento.

Layout del PCB
I dispositivi termosensibili vengono posizionati nella zona esposta al vento freddo.

Il dispositivo di rilevamento della temperatura è posizionato nella posizione più calda.

I dispositivi sullo stesso circuito stampato devono essere disposti il più possibile in base al loro potere calorifico e al grado di dissipazione del calore. I dispositivi con basso potere calorifico o scarsa resistenza al calore (come transistor a piccolo segnale, circuiti integrati di piccole dimensioni, condensatori elettrolitici, ecc.) devono essere posizionati nel flusso d'aria di raffreddamento. Il flusso più in alto (all'ingresso), i dispositivi con elevata resistenza al calore (come transistor di potenza, circuiti integrati di grandi dimensioni, ecc.) devono essere posizionati più a valle del flusso d'aria di raffreddamento.

Nella direzione orizzontale, i dispositivi ad alta potenza vengono posizionati il più vicino possibile al bordo del circuito stampato per accorciare il percorso di trasferimento del calore; nella direzione verticale, i dispositivi ad alta potenza vengono posizionati il più vicino possibile alla parte superiore del circuito stampato per ridurre l'impatto di questi dispositivi sulla temperatura di altri dispositivi quando sono in funzione.

La dissipazione del calore della scheda stampata nell'apparecchiatura si basa principalmente sul flusso d'aria, quindi il percorso del flusso d'aria deve essere studiato durante la progettazione e il dispositivo o la scheda a circuito stampato deve essere configurato in modo ragionevole.

Spesso è difficile ottenere una distribuzione uniforme e rigorosa durante il processo di progettazione, ma è necessario evitare aree con densità di potenza troppo elevata per impedire che i punti caldi influiscano sul normale funzionamento dell'intero circuito.

Se possibile, è necessario analizzare l'efficienza termica del circuito stampato. Ad esempio, il modulo software di analisi dell'indice di efficienza termica, integrato in alcuni software professionali di progettazione PCB, può aiutare i progettisti a ottimizzare la progettazione del circuito.

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Componenti ad alta generazione di calore, oltre a radiatori e piastre termoconduttrici. Quando un numero limitato di componenti nel PCB genera una grande quantità di calore (meno di 3), è possibile aggiungere un dissipatore di calore o un tubo di calore ai componenti che generano calore. Quando la temperatura non può essere abbassata, è possibile utilizzare un radiatore con ventola per migliorare l'effetto di dissipazione del calore.

Quando il numero di dispositivi di riscaldamento è elevato (più di 3), è possibile utilizzare una grande copertura di dissipazione del calore (scheda), ovvero un dissipatore di calore speciale personalizzato in base alla posizione e all'altezza del dispositivo di riscaldamento sul PCB o un grande dissipatore di calore piatto. Ritagliare diverse posizioni di altezza dei componenti. La copertura di dissipazione del calore è fissata integralmente alla superficie del componente ed è a contatto con ciascun componente per dissipare il calore.

Tuttavia, l'effetto di dissipazione del calore non è ottimale a causa della scarsa uniformità dell'altezza durante l'assemblaggio e la saldatura dei componenti. Solitamente, sulla superficie del componente viene aggiunto un cuscinetto termico morbido a cambiamento di fase per migliorare l'effetto di dissipazione del calore.

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Per le apparecchiature che adottano il raffreddamento ad aria a convezione libera, è meglio disporre i circuiti integrati (o altri dispositivi) in verticale o in orizzontale.

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Adottare un design di cablaggio ragionevole per ottimizzare la dissipazione del calore. Poiché la resina nella piastra ha una scarsa conduttività termica e le linee e i fori del foglio di rame sono buoni conduttori di calore, l'aumento della quantità rimanente di foglio di rame e l'aumento dei fori di conduzione del calore sono i principali metodi di dissipazione del calore. Per valutare la capacità di dissipazione del calore del PCB, è necessario calcolare la conduttività termica equivalente (nove equazioni) del materiale composito, composto da vari materiali con diversa conduttività termica, che costituisce il substrato isolante del PCB.

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I dispositivi sullo stesso circuito stampato devono essere disposti il più possibile in base al loro potere calorifico e al grado di dissipazione del calore. I dispositivi con basso potere calorifico o scarsa resistenza al calore (come transistor a piccolo segnale, circuiti integrati di piccole dimensioni, condensatori elettrolitici, ecc.) devono essere posizionati nel flusso d'aria di raffreddamento. Il flusso più in alto (all'ingresso), i dispositivi con elevata resistenza al calore (come transistor di potenza, circuiti integrati di grandi dimensioni, ecc.) devono essere posizionati più a valle del flusso d'aria di raffreddamento.

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Nella direzione orizzontale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile al bordo del circuito stampato per accorciare il percorso di trasferimento del calore; nella direzione verticale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile alla parte superiore del circuito stampato per ridurre l'influenza di questi dispositivi sulla temperatura di altri dispositivi.

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La dissipazione del calore della scheda stampata nell'apparecchiatura si basa principalmente sul flusso d'aria, quindi il percorso del flusso d'aria deve essere studiato durante la progettazione e il dispositivo o la scheda a circuito stampato deve essere configurato in modo ragionevole.

Quando l'aria scorre, tende sempre a fluire in punti con bassa resistenza, quindi quando si configurano dispositivi su un circuito stampato, evitare di lasciare un ampio spazio d'aria in una determinata area.

Anche la configurazione di più circuiti stampati nell'intera macchina dovrebbe tenere conto dello stesso problema.

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Il dispositivo termosensibile è meglio posizionarlo nella zona con la temperatura più bassa (ad esempio, nella parte inferiore del dispositivo). Non posizionarlo mai direttamente sopra il dispositivo riscaldante. È consigliabile disporre più dispositivi in modo sfalsato sul piano orizzontale.

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Posizionare i dispositivi con il consumo energetico e la generazione di calore più elevati vicino alla posizione migliore per la dissipazione del calore. Non posizionare dispositivi ad alto riscaldamento sugli angoli e sui bordi perimetrali del circuito stampato, a meno che non sia presente un dissipatore di calore nelle vicinanze. Quando si progetta la resistenza di potenza, scegliere un dispositivo il più grande possibile e assicurarsi che abbia spazio sufficiente per la dissipazione del calore quando si modifica il layout del circuito stampato.

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Evitare la concentrazione di punti caldi sul PCB, distribuire la potenza il più uniformemente possibile sulla scheda PCB e mantenere uniformi e costanti le prestazioni della temperatura superficiale del PCB.