Šie 10 paprastų ir praktiškų PCB šilumos išsklaidymo metodų

Iš PCB pasaulio

Elektroninei įrangai veikiant susidaro tam tikras šilumos kiekis, todėl įrangos vidinė temperatūra greitai pakyla. Jei šiluma laiku neišsisklaido, įranga toliau kais, o prietaisas dėl perkaitimo suges. Sumažės elektroninės įrangos patikimumas ir našumas.

Todėl labai svarbu atlikti gerą šilumos išsklaidymo apdorojimą ant spausdintinės plokštės. Šilumos išsklaidymas yra labai svarbi grandis, todėl kokia yra spausdintinės plokštės šilumos išsklaidymo technika, aptarkime ją kartu toliau.

01
Šilumos išsklaidymas per pačią PCB plokštę Šiuo metu plačiai naudojamos PCB plokštės yra variu plakiruotos / epoksidinės stiklo pluošto audinio pagrindai arba fenolio dervos stiklo pluošto pagrindai, o nedidelis kiekis naudojamas ir popieriaus pagrindu pagamintų variu plakiruotų plokščių.

Nors šie pagrindai pasižymi puikiomis elektrinėmis ir apdorojimo savybėmis, jie prastai išsklaido šilumą. Kaip šilumos išsklaidymo būdas komponentams, kuriems reikia didelio karščio, beveik neįmanoma tikėtis, kad šilumą praleis pati PCB derva, o šiluma išsklaidys komponento paviršių į aplinkinį orą.

Tačiau elektronikos gaminiams įžengus į komponentų miniatiūrizavimo, didelio tankio montavimo ir didelio karščio surinkimo erą, nepakanka pasikliauti labai mažo paviršiaus ploto komponento paviršiumi šilumai išsklaidyti.

Tuo pačiu metu, dėl plataus paviršinio montavimo komponentų, tokių kaip QFP ir BGA, naudojimo, komponentų generuojama šiluma dideliais kiekiais perduodama į PCB plokštę. Todėl geriausias būdas išspręsti šilumos išsklaidymo problemą yra pagerinti pačios PCB, kuri tiesiogiai liečiasi su kaitinimo elementu, šilumos išsklaidymo pajėgumą. Šilumos išsklaidymo arba spinduliavimo būdu.

PCB išdėstymas
Termiškai jautrūs įtaisai dedami šalto vėjo zonoje.

Temperatūros matavimo prietaisas dedamas į karščiausią vietą.

Įrenginiai toje pačioje spausdintinėje plokštėje turėtų būti išdėstyti kuo toliau pagal jų šiluminę vertę ir šilumos išsklaidymo laipsnį. Įrenginiai, kurių šiluminė vertė maža arba atsparumas karščiui mažas (pvz., maži signaliniai tranzistoriai, mažos integrinės grandinės, elektrolitiniai kondensatoriai ir kt.), turėtų būti dedami į aušinimo oro srautą. Viršutiniame sraute (prie įėjimo), įtaisai, pasižymintys dideliu karščiu arba atsparumu karščiui (pvz., galios tranzistoriai, didelės integrinės grandinės ir kt.), dedami labiausiai pasroviui nuo aušinimo oro srauto.

Horizontalia kryptimi didelės galios įtaisai dedami kuo arčiau spausdintinės plokštės krašto, kad sutrumpėtų šilumos perdavimo kelias; vertikalia kryptimi didelės galios įtaisai dedami kuo arčiau spausdintinės plokštės viršaus, kad sumažėtų šių įtaisų poveikis kitų įtaisų temperatūrai jiems veikiant.

Spausdintinės plokštės šilumos išsklaidymas įrangoje daugiausia priklauso nuo oro srauto, todėl projektuojant reikėtų ištirti oro srauto kelią, o įrenginys arba spausdintinė plokštė turėtų būti pagrįstai sukonfigūruota.

Projektavimo procese dažnai sunku pasiekti griežtą vienodą paskirstymą, tačiau reikia vengti per didelio galios tankio sričių, kad karštieji taškai nepaveiktų įprasto visos grandinės veikimo.

Jei įmanoma, būtina išanalizuoti spausdintinės grandinės šiluminį efektyvumą. Pavyzdžiui, kai kuriose profesionaliose PCB projektavimo programose įdiegtas šiluminio efektyvumo indekso analizės programinės įrangos modulis gali padėti projektuotojams optimizuoti grandinės projektą.

02
Daug šilumos generuojantys komponentai, radiatoriai ir šilumą laidžios plokštės. Kai nedidelis skaičius PCB komponentų generuoja daug šilumos (mažiau nei 3), prie šilumą generuojančių komponentų galima pridėti šilumos kriauklę arba šilumos vamzdį. Kai temperatūros sumažinti negalima, galima naudoti radiatorių su ventiliatoriumi, kad būtų pagerintas šilumos išsklaidymo efektas.

Kai šildymo įrenginių skaičius yra didelis (daugiau nei 3), galima naudoti didelį šilumos išsklaidymo dangtelį (plokštę) – specialų šilumos kriauklę, pritaikytą pagal šildymo įrenginio padėtį ir aukštį ant spausdintinės plokštės, arba didelį plokščią šilumos kriauklę, išpjaunančią skirtingo aukščio komponentus. Šilumos išsklaidymo dangtelis yra vientisai pritvirtintas prie komponento paviršiaus ir liečiasi su kiekvienu komponentu, kad išsklaidytų šilumą.

Tačiau šilumos išsklaidymo efektas nėra geras dėl prasto aukščio pastovumo komponentų surinkimo ir suvirinimo metu. Paprastai ant komponento paviršiaus pridedama minkšta terminio fazės keitimo terminė pagalvėlė, siekiant pagerinti šilumos išsklaidymo efektą.

03
Įrangai, kuri naudoja laisvos konvekcijos oro aušinimą, geriausia integruotas grandines (ar kitus įrenginius) išdėstyti vertikaliai arba horizontaliai.

04
Pasirinkite tinkamą laidų konstrukciją, kad būtų užtikrintas šilumos išsklaidymas. Kadangi plokštės derva pasižymi prastu šilumos laidumu, o vario folijos linijos ir skylės yra geri šilumos laidininkai, pagrindinės šilumos išsklaidymo priemonės yra likusio vario folijos greičio didinimas ir šilumos laidumo skylių didinimas. Norint įvertinti spausdintinės plokštės šilumos išsklaidymo pajėgumą, reikia apskaičiuoti kompozicinės medžiagos, sudarytos iš įvairių skirtingo šilumos laidumo medžiagų – spausdintinės plokštės izoliacinio pagrindo, – ekvivalentinį šilumos laidumą (devynis ekv.).

05
Įrenginiai toje pačioje spausdintinėje plokštėje turėtų būti išdėstyti kuo toliau pagal jų šiluminę vertę ir šilumos išsklaidymo laipsnį. Įrenginiai, kurių šiluminė vertė maža arba atsparumas karščiui mažas (pvz., mažo signalo tranzistoriai, mažos integrinės grandinės, elektrolitiniai kondensatoriai ir kt.), turėtų būti dedami į aušinimo oro srautą. Viršutiniame sraute (prie įėjimo), įtaisai, pasižymintys dideliu karščiu arba atsparumu karščiui (pvz., galios tranzistoriai, didelės integrinės grandinės ir kt.), dedami labiausiai pasroviui nuo aušinimo oro srauto.

06
Horizontalia kryptimi didelės galios įtaisai išdėstomi kuo arčiau spausdintinės plokštės krašto, kad sutrumpėtų šilumos perdavimo kelias; vertikalia kryptimi didelės galios įtaisai išdėstomi kuo arčiau spausdintinės plokštės viršaus, kad sumažėtų šių įtaisų įtaka kitų įtaisų temperatūrai.

07
Spausdintinės plokštės šilumos išsklaidymas įrangoje daugiausia priklauso nuo oro srauto, todėl projektuojant reikėtų ištirti oro srauto kelią, o įrenginys arba spausdintinė plokštė turėtų būti pagrįstai sukonfigūruota.

Kai oras teka, jis visada linkęs tekėti vietose, kuriose yra mažas pasipriešinimas, todėl konfigūruodami įrenginius ant spausdintinės plokštės, venkite palikti didelę oro erdvę tam tikroje srityje.

Kelių spausdintinių plokščių konfigūracija visoje mašinoje taip pat turėtų atkreipti dėmesį į tą pačią problemą.

08
Temperatūrai jautrų prietaisą geriausia pastatyti žemiausios temperatūros vietoje (pvz., prietaiso apačioje). Niekada nestatykite jo tiesiai virš šildymo prietaiso. Geriausia kelis prietaisus išdėstyti horizontalioje plokštumoje.

09
Didžiausią energijos suvartojimą ir šilumos generavimą generuojančius įrenginius statykite kuo arčiau geriausios šilumos išsklaidymo vietos. Nestatykite daug šilumos generuojančių įrenginių ant spausdintinės plokštės kampų ir kraštų, nebent šalia jų būtų įrengtas radiatorius. Projektuojant galios rezistorių, rinkitės kuo didesnį įrenginį ir, koreguodami spausdintinės plokštės išdėstymą, pasirūpinkite, kad jame būtų pakankamai vietos šilumai išsklaidyti.

10
Venkite karštų taškų koncentracijos ant PCB, kuo tolygiau paskirstykite energiją ant PCB plokštės ir palaikykite vienodą ir pastovią PCB paviršiaus temperatūrą.