Deze 10 eenvoudige en praktische methoden voor warmteafvoer van PCB's

Van PCB World

Elektronische apparatuur genereert tijdens gebruik een bepaalde hoeveelheid warmte, waardoor de interne temperatuur snel stijgt. Als deze warmte niet tijdig wordt afgevoerd, blijft de apparatuur opwarmen en kan het apparaat oververhit raken. De betrouwbaarheid van de elektronische apparatuur neemt af.

Daarom is het erg belangrijk om een goede warmteafvoerbehandeling op de printplaat uit te voeren. De warmteafvoer van een PCB-printplaat is een zeer belangrijke schakel. Laten we hieronder de warmteafvoertechniek van een PCB-printplaat bespreken.

01
Warmteafvoer via de printplaat zelf. Momenteel worden op grote schaal printplaten gemaakt van koper/epoxy glasdoek of fenolhars glasdoek. In kleine hoeveelheden worden er platen gemaakt van koper op papierbasis.

Hoewel deze substraten uitstekende elektrische eigenschappen en verwerkingseigenschappen hebben, hebben ze een slechte warmteafvoer. Als warmteafvoermethode voor componenten die snel verhitten, is het vrijwel onmogelijk om te verwachten dat warmte door de hars van de printplaat zelf wordt geleid, maar dat de warmte van het oppervlak van de component naar de omgevingslucht wordt afgevoerd.

Maar aangezien elektronische producten in een tijdperk zijn beland waarin componenten steeds kleiner worden, de montage dicht op elkaar moet worden uitgevoerd en de assemblage bestand is tegen hoge temperaturen, is het niet langer voldoende om alleen te vertrouwen op het zeer kleine oppervlak van een component om warmte af te voeren.

Tegelijkertijd wordt, door het uitgebreide gebruik van surface mount componenten zoals QFP en BGA, de warmte die door de componenten wordt gegenereerd in grote hoeveelheden overgedragen op de printplaat. De beste manier om dit probleem aan te pakken, is daarom het verbeteren van de warmteafvoercapaciteit van de printplaat zelf, die in direct contact staat met het verwarmingselement. Geleid of uitgestraald.

PCB-indeling
Thermisch gevoelige apparaten worden in het koude-windgebied geplaatst.

Het temperatuurdetectieapparaat wordt op de warmste positie geplaatst.

De apparaten op dezelfde printplaat moeten zo ver mogelijk worden gerangschikt op basis van hun calorische waarde en warmteafvoer. Apparaten met een lage calorische waarde of een slechte warmteweerstand (zoals kleine signaaltransistoren, kleinschalige geïntegreerde schakelingen, elektrolytische condensatoren, enz.) moeten in de koelluchtstroom worden geplaatst. De bovenste stroom (bij de ingang) en de apparaten met een hoge warmte- of warmteweerstand (zoals vermogenstransistoren, grootschalige geïntegreerde schakelingen, enz.) worden het meest stroomafwaarts van de koelluchtstroom geplaatst.

In horizontale richting worden apparaten met een hoog vermogen zo dicht mogelijk bij de rand van de printplaat geplaatst om het warmteoverdrachtspad te verkorten. In verticale richting worden apparaten met een hoog vermogen zo dicht mogelijk bij de bovenkant van de printplaat geplaatst om de invloed van deze apparaten op de temperatuur van andere apparaten te minimaliseren wanneer ze werken.

De warmteafvoer van de printplaat in de apparatuur is hoofdzakelijk afhankelijk van de luchtstroom. Daarom moet tijdens het ontwerp rekening worden gehouden met het luchtstroompad en moet het apparaat of de printplaat redelijkerwijs worden geconfigureerd.

Vaak is het lastig om tijdens het ontwerpproces een strikt gelijkmatige verdeling te bereiken. Gebieden met een te hoge vermogensdichtheid moeten daarom worden vermeden om te voorkomen dat hotspots de normale werking van het gehele circuit beïnvloeden.

Indien mogelijk is het noodzakelijk om de thermische efficiëntie van de printplaat te analyseren. De softwaremodule voor thermische efficiëntie-indexanalyse, die in sommige professionele PCB-ontwerpsoftware is opgenomen, kan ontwerpers bijvoorbeeld helpen bij het optimaliseren van het circuitontwerp.

02
Componenten die veel warmte genereren, plus radiatoren en warmtegeleidende platen. Wanneer een klein aantal componenten op de printplaat veel warmte genereert (minder dan 3), kan een koellichaam of heatpipe aan de warmtegenererende componenten worden toegevoegd. Wanneer de temperatuur niet kan worden verlaagd, kan een radiator met een ventilator worden gebruikt om de warmteafvoer te verbeteren.

Wanneer het aantal verwarmingselementen groot is (meer dan 3), kan een grote warmteafvoerkap (printplaat) worden gebruikt. Dit is een speciaal koellichaam dat is aangepast aan de positie en hoogte van het verwarmingselement op de printplaat, of een grote, platte koelplaat met verschillende hoogtes voor de componenten. De warmteafvoerkap is integraal bevestigd aan het oppervlak van het component en maakt contact met elk component om warmte af te voeren.

De warmteafvoer is echter niet optimaal vanwege de geringe hoogteverschillen tijdens de montage en het lassen van componenten. Meestal wordt een zachte thermische faseovergangspad op het oppervlak van het component aangebracht om de warmteafvoer te verbeteren.

03
Voor apparatuur die gebruikmaakt van vrije convectieluchtkoeling, kunt u geïntegreerde schakelingen (of andere apparaten) het beste verticaal of horizontaal plaatsen.

04
Gebruik een verstandig bedradingsontwerp om warmteafvoer te realiseren. Omdat de hars in de plaat een slechte thermische geleidbaarheid heeft en de koperfolielijnen en -gaten goede warmtegeleiders zijn, zijn het verhogen van de resterende hoeveelheid koperfolie en het vergroten van het aantal warmtegeleidingsgaten de belangrijkste middelen voor warmteafvoer. Om de warmteafvoercapaciteit van de printplaat te evalueren, is het noodzakelijk om de equivalente thermische geleidbaarheid (negen eq) te berekenen van het composietmateriaal dat bestaat uit verschillende materialen met een verschillende thermische geleidbaarheid - het isolerende substraat voor de printplaat.

05
De apparaten op dezelfde printplaat moeten zo ver mogelijk worden gerangschikt op basis van hun calorische waarde en warmteafvoer. Apparaten met een lage calorische waarde of een slechte warmteweerstand (zoals kleinsignaaltransistoren, kleinschalige geïntegreerde schakelingen, elektrolytische condensatoren, enz.) moeten in de koelluchtstroom worden geplaatst. De bovenste stroom (bij de ingang) en de apparaten met een hoge warmte- of warmteweerstand (zoals vermogenstransistoren, grootschalige geïntegreerde schakelingen, enz.) worden het meest stroomafwaarts van de koelluchtstroom geplaatst.

06
In horizontale richting worden de apparaten met hoog vermogen zo dicht mogelijk bij de rand van de printplaat geplaatst om het warmteoverdrachtspad te verkorten. In verticale richting worden de apparaten met hoog vermogen zo dicht mogelijk bij de bovenkant van de printplaat geplaatst om de invloed van deze apparaten op de temperatuur van andere apparaten te minimaliseren.

07
De warmteafvoer van de printplaat in de apparatuur is hoofdzakelijk afhankelijk van de luchtstroom. Daarom moet tijdens het ontwerp rekening worden gehouden met het luchtstroompad en moet het apparaat of de printplaat redelijkerwijs worden geconfigureerd.

Als lucht stroomt, heeft dit altijd de neiging om te stromen naar plaatsen met lage weerstand. Zorg er daarom bij het configureren van apparaten op een printplaat voor dat er in een bepaald gebied niet te veel luchtruimte overblijft.

Bij de configuratie van meerdere printplaten in de hele machine moet ook rekening worden gehouden met dit probleem.

08
Plaats het temperatuurgevoelige apparaat het beste in het gebied met de laagste temperatuur (bijvoorbeeld de onderkant van het apparaat). Plaats het nooit direct boven het verwarmingsapparaat. Het is het beste om meerdere apparaten horizontaal te plaatsen.

09
Plaats de apparaten met het hoogste stroomverbruik en de hoogste warmteontwikkeling zo dicht mogelijk bij de beste positie voor warmteafvoer. Plaats apparaten die veel warmte produceren niet op de hoeken en randen van de printplaat, tenzij er een koellichaam in de buurt is geplaatst. Kies bij het ontwerpen van de vermogensweerstand een zo groot mogelijke weerstand en zorg ervoor dat er voldoende ruimte is voor warmteafvoer bij het aanpassen van de lay-out van de printplaat.

10
Voorkom dat er zich op de printplaat hotspots ophopen, verdeel het vermogen zoveel mogelijk gelijkmatig over de printplaat en zorg dat de oppervlaktetemperatuur van de printplaat gelijkmatig en consistent is.