No PCB pasaules
Elektroniskajām iekārtām darbības laikā rodas noteikts siltuma daudzums, tāpēc iekārtas iekšējā temperatūra strauji paaugstinās. Ja siltums netiek laikus izkliedēts, iekārta turpinās sakarst, un ierīce pārkaršanas dēļ sabojāsies. Elektronisko iekārtu veiktspējas uzticamība samazināsies.
Tāpēc ir ļoti svarīgi veikt labu siltuma izkliedes apstrādi shēmas platē. PCB shēmas plates siltuma izkliede ir ļoti svarīga saikne, tāpēc kāda ir PCB shēmas plates siltuma izkliedes tehnika, apspriedīsim to kopā tālāk.
01
Siltuma izkliede caur pašu PCB plati Pašlaik plaši izmantotās PCB plates ir vara pārklātas/epoksīda stikla auduma substrāti vai fenola sveķu stikla auduma substrāti, un nelielā daudzumā tiek izmantotas uz papīra bāzes veidotas vara pārklātas plates.
Lai gan šiem substrātiem ir lieliskas elektriskās īpašības un apstrādes īpašības, tiem ir slikta siltuma izkliede. Kā siltuma izkliedes metode komponentiem ar augstu karstumu ir gandrīz neiespējami sagaidīt, ka siltumu vadīs pati PCB sveķi, bet gan izkliedēs siltumu no komponenta virsmas apkārtējā gaisā.
Tomēr, tā kā elektroniskie izstrādājumi ir nonākuši komponentu miniaturizācijas, augsta blīvuma montāžas un augstas temperatūras montāžas laikmetā, nepietiek paļauties tikai uz komponenta virsmu ar ļoti mazu virsmas laukumu, lai izkliedētu siltumu.
Tajā pašā laikā, pateicoties plašajai virsmas montāžas komponentu, piemēram, QFP un BGA, izmantošanai, komponentu radītais siltums lielā daudzumā tiek pārnests uz PCB plati. Tāpēc labākais veids, kā atrisināt siltuma izkliedi, ir uzlabot pašas PCB siltuma izkliedes jaudu, kas ir tiešā saskarē ar sildelementu. Vadīts vai izstarots.
PCB izkārtojums
Termiski jutīgas ierīces tiek novietotas aukstā vēja zonā.
Temperatūras noteikšanas ierīce ir novietota karstākajā pozīcijā.
Ierīces uz vienas iespiedplates jānovieto pēc iespējas tālāk atbilstoši to siltumietilpībai un siltuma izkliedes pakāpei. Ierīces ar mazu siltumietilpību vai sliktu karstumizturību (piemēram, mazi signāla tranzistori, maza mēroga integrālās shēmas, elektrolītiskie kondensatori utt.) jānovieto dzesēšanas gaisa plūsmā. Augšējā plūsmā (pie ieejas), ierīces ar lielu karstumizturību vai karstumizturību (piemēram, jaudas tranzistori, liela mēroga integrālās shēmas utt.) jānovieto vistālāk lejpus dzesēšanas gaisa plūsmas.
Horizontālā virzienā lieljaudas ierīces tiek novietotas pēc iespējas tuvāk iespiedplates malai, lai saīsinātu siltuma pārneses ceļu; vertikālā virzienā lieljaudas ierīces tiek novietotas pēc iespējas tuvāk iespiedplates augšdaļai, lai samazinātu šo ierīču ietekmi uz citu ierīču temperatūru to darbības laikā.
Iekārtas iespiedplates siltuma izkliede galvenokārt ir atkarīga no gaisa plūsmas, tāpēc projektēšanas laikā jāpārbauda gaisa plūsmas ceļš, un ierīcei vai iespiedshēmas platei jābūt saprātīgi konfigurētai.
Projektēšanas procesā bieži vien ir grūti panākt stingri vienmērīgu sadalījumu, taču jāizvairās no apgabaliem ar pārāk augstu jaudas blīvumu, lai novērstu karsto punktu ietekmi uz visas ķēdes normālu darbību.
Ja iespējams, ir jāanalizē iespiedshēmas termiskā efektivitāte. Piemēram, termiskās efektivitātes indeksa analīzes programmatūras modulis, kas pievienots dažām profesionālām PCB projektēšanas programmatūrām, var palīdzēt dizaineriem optimizēt shēmas dizainu.
02
Augstas siltuma ģenerēšanas komponenti, kā arī radiatori un siltumvadošas plāksnes. Ja neliels skaits PCB komponentu rada lielu siltuma daudzumu (mazāk nekā 3), siltumu ģenerējošajiem komponentiem var pievienot siltuma izkliedētāju vai siltuma cauruli. Ja temperatūru nevar pazemināt, var izmantot radiatoru ar ventilatoru, lai uzlabotu siltuma izkliedes efektu.
Ja sildīšanas ierīču skaits ir liels (vairāk nekā 3), var izmantot lielu siltuma izkliedes pārsegu (plati), kas ir īpašs siltuma izlietne, kas pielāgota sildīšanas ierīces novietojumam un augstumam uz PCB, vai lielu, plakanu siltuma izlietni, izgriežot dažādas komponentu augstuma pozīcijas. Siltuma izkliedes pārsegs ir integrēti piestiprināts pie komponenta virsmas un saskaras ar katru komponentu, lai izkliedētu siltumu.
Tomēr siltuma izkliedes efekts nav labs, jo detaļu montāžas un metināšanas laikā augstuma konsekvence ir slikta. Parasti uz detaļas virsmas tiek pievienots mīksts termiskās fāzes maiņas termiskais paliktnis, lai uzlabotu siltuma izkliedes efektu.
03
Iekārtām, kas izmanto brīvas konvekcijas gaisa dzesēšanu, vislabāk ir izvietot integrētās shēmas (vai citas ierīces) vertikāli vai horizontāli.
04
Lai nodrošinātu siltuma izkliedi, jāizmanto saprātīga elektroinstalācijas konstrukcija. Tā kā plāksnē esošajai sveķu masai ir slikta siltumvadītspēja un vara folijas līnijas un caurumi ir labi siltuma vadītāji, atlikušā vara folijas ātruma palielināšana un siltumvadītspējas caurumu palielināšana ir galvenie siltuma izkliedes veidi. Lai novērtētu PCB siltuma izkliedes spēju, ir jāaprēķina dažādu materiālu ar atšķirīgu siltumvadītspēju kompozītmateriāla - PCB izolācijas substrāta - ekvivalentā siltumvadītspēja (deviņi ekv.).
05
Ierīces uz vienas iespiedplates jānovieto pēc iespējas tālāk atbilstoši to siltumietilpībai un siltuma izkliedes pakāpei. Ierīces ar zemu siltumietilpību vai sliktu karstumizturību (piemēram, mazsignālu tranzistori, maza mēroga integrālās shēmas, elektrolītiskie kondensatori utt.) jānovieto dzesēšanas gaisa plūsmā. Augšējā plūsmā (pie ieejas), ierīces ar lielu karstumizturību vai karstumizturību (piemēram, jaudas tranzistori, liela mēroga integrālās shēmas utt.) jānovieto vistālāk lejpus dzesēšanas gaisa plūsmas.
06
Horizontālā virzienā lieljaudas ierīces ir novietotas pēc iespējas tuvāk iespiedplates malai, lai saīsinātu siltuma pārneses ceļu; vertikālā virzienā lieljaudas ierīces ir novietotas pēc iespējas tuvāk iespiedplates augšdaļai, lai samazinātu šo ierīču ietekmi uz citu ierīču temperatūru.
07
Iekārtas iespiedplates siltuma izkliede galvenokārt ir atkarīga no gaisa plūsmas, tāpēc projektēšanas laikā jāpārbauda gaisa plūsmas ceļš, un ierīcei vai iespiedshēmas platei jābūt saprātīgi konfigurētai.
Kad gaiss plūst, tas vienmēr mēdz plūst vietās ar zemu pretestību, tāpēc, konfigurējot ierīces uz iespiedshēmas plates, jāizvairās no lielas gaisa telpas atstāšanas noteiktā zonā.
Vairāku iespiedshēmas plates konfigurācijai visā mašīnā jāpievērš uzmanība arī tai pašai problēmai.
08
Temperatūrai jutīgo ierīci vislabāk novietot zemākās temperatūras zonā (piemēram, ierīces apakšā). Nekad nenovietojiet to tieši virs sildierīces. Vairākas ierīces vislabāk ir novietot horizontālā plaknē pa posmiem.
09
Novietojiet ierīces ar vislielāko enerģijas patēriņu un siltuma ģenerēšanu tuvākajā vietā, kur vislabāk izkliedēt siltumu. Nenovietojiet ierīces ar lielu karstumu uz iespiedplates stūriem un perifēriskajām malām, ja vien to tuvumā nav izvietots siltuma izkliedētājs. Projektējot jaudas rezistoru, izvēlieties pēc iespējas lielāku ierīci un, pielāgojot iespiedplates izkārtojumu, nodrošiniet tai pietiekami daudz vietas siltuma izkliedei.
10
Izvairieties no karsto punktu koncentrācijas uz PCB, pēc iespējas vienmērīgāk sadaliet jaudu uz PCB plates un saglabājiet PCB virsmas temperatūras rādītājus vienmērīgus un konsekventus.
Projektēšanas procesā bieži vien ir grūti panākt stingri vienmērīgu sadalījumu, taču jāizvairās no apgabaliem ar pārāk augstu jaudas blīvumu, lai novērstu karsto punktu ietekmi uz visas ķēdes normālu darbību.
Ja iespējams, ir jāanalizē iespiedshēmas termiskā efektivitāte. Piemēram, termiskās efektivitātes indeksa analīzes programmatūras modulis, kas pievienots dažām profesionālām PCB projektēšanas programmatūrām, var palīdzēt dizaineriem optimizēt shēmas dizainu.