Oto 10 prostych i praktycznych metod rozpraszania ciepła na PCB

Ze Świata PCB

W przypadku sprzętu elektronicznego podczas pracy wytwarzana jest pewna ilość ciepła, w związku z czym temperatura wewnętrzna sprzętu szybko rośnie.Jeśli ciepło nie zostanie rozproszone na czas, sprzęt będzie się nagrzewał, a urządzenie ulegnie awarii z powodu przegrzania.Niezawodność sprzętu elektronicznego Wydajność spadnie.

Dlatego bardzo ważne jest przeprowadzenie dobrego procesu rozpraszania ciepła na płytce drukowanej.Rozpraszanie ciepła przez płytkę drukowaną jest bardzo ważnym ogniwem, więc jaka jest technika rozpraszania ciepła przez płytkę drukowaną, omówmy to razem poniżej.

01
Rozpraszanie ciepła przez samą płytkę PCB Obecnie powszechnie stosowane płytki PCB to podłoża z tkaniny pokrytej miedzią/epoksydową tkaniną szklaną lub podłoża z tkaniny szklanej z żywicy fenolowej, przy czym stosowana jest niewielka ilość płytek pokrytych miedzią na bazie papieru.

Chociaż te podłoża mają doskonałe właściwości elektryczne i właściwości przetwórcze, mają słabe odprowadzanie ciepła.Jako metoda rozpraszania ciepła w przypadku komponentów o wysokiej temperaturze prawie niemożliwe jest oczekiwanie, że ciepło będzie przewodzone przez żywicę samej płytki PCB, a jedynie rozproszy ciepło z powierzchni komponentu do otaczającego powietrza.

Jednakże, ponieważ produkty elektroniczne wkroczyły w erę miniaturyzacji komponentów, montażu o dużej gęstości i montażu wysokotemperaturowego, nie wystarczy polegać na powierzchni komponentu o bardzo małej powierzchni do odprowadzania ciepła.

Jednocześnie, ze względu na szerokie zastosowanie komponentów do montażu powierzchniowego, takich jak QFP i BGA, ciepło wytwarzane przez komponenty jest w dużej ilości przekazywane do płytki PCB.Dlatego najlepszym sposobem rozwiązania problemu rozpraszania ciepła jest poprawa zdolności odprowadzania ciepła samej płytki drukowanej, która ma bezpośredni kontakt z elementem grzejnym.Przewodzone lub promieniowane.

Układ PCB
Urządzenia wrażliwe na ciepło umieszcza się w obszarze zimnego wiatru.

Urządzenie do pomiaru temperatury jest umieszczone w najgorętszym miejscu.

Urządzenia na tej samej płytce drukowanej należy rozmieścić w miarę możliwości zgodnie z ich kalorycznością i stopniem odprowadzania ciepła.Urządzenia o małej wartości opałowej lub słabej odporności cieplnej (takie jak tranzystory małosygnałowe, małogabarytowe układy scalone, kondensatory elektrolityczne itp.) należy umieszczać w strumieniu powietrza chłodzącego.Najwyższy przepływ (na wejściu), czyli urządzenia o dużym oporze cieplnym lub cieplnym (takie jak tranzystory mocy, wielkogabarytowe układy scalone itp.), są umieszczone najbardziej za strumieniem powietrza chłodzącego.

W kierunku poziomym urządzenia dużej mocy umieszcza się jak najbliżej krawędzi płytki drukowanej, aby skrócić drogę wymiany ciepła;w kierunku pionowym urządzenia dużej mocy umieszcza się jak najbliżej góry płytki drukowanej, aby ograniczyć wpływ tych urządzeń na temperaturę innych urządzeń podczas ich pracy.

Rozpraszanie ciepła przez płytkę drukowaną w sprzęcie opiera się głównie na przepływie powietrza, dlatego podczas projektowania należy zbadać ścieżkę przepływu powietrza, a urządzenie lub płytkę drukowaną należy rozsądnie skonfigurować.

Często trudno jest uzyskać ściśle równomierny rozkład w procesie projektowania, należy jednak unikać obszarów o zbyt dużej gęstości mocy, aby zapobiec wpływowi gorących punktów na normalne działanie całego obwodu.

Jeśli to możliwe, należy przeanalizować sprawność cieplną obwodu drukowanego.Na przykład moduł oprogramowania do analizy wskaźnika sprawności cieplnej dodany do niektórych profesjonalnych programów do projektowania płytek PCB może pomóc projektantom w optymalizacji projektu obwodów.

02
Elementy generujące ciepło oraz grzejniki i płyty przewodzące ciepło.Gdy niewielka liczba elementów na płytce drukowanej generuje dużą ilość ciepła (mniej niż 3), do elementów wytwarzających ciepło można dodać radiator lub rurkę cieplną.Gdy nie można obniżyć temperatury, można zastosować grzejnik z wentylatorem w celu zwiększenia efektu odprowadzania ciepła.

W przypadku dużej ilości urządzeń grzejnych (więcej niż 3) można zastosować dużą osłonę odprowadzającą ciepło (płytę), czyli specjalny radiator dostosowany do położenia i wysokości urządzenia grzejnego na płytce drukowanej lub dużym mieszkaniu radiator Wytnij elementy o różnej wysokości.Osłona rozpraszająca ciepło jest integralnie zapięta na powierzchni elementu i styka się z każdym elementem w celu rozproszenia ciepła.

Jednakże efekt odprowadzania ciepła nie jest dobry ze względu na słabą spójność wysokości podczas montażu i spawania komponentów.Zwykle na powierzchnię elementu dodaje się miękką podkładkę termiczną ze zmianą fazy, aby poprawić efekt rozpraszania ciepła.

03
W przypadku sprzętu wykorzystującego chłodzenie powietrzem na zasadzie konwekcji swobodnej najlepiej jest ustawić układy scalone (lub inne urządzenia) pionowo lub poziomo.

04
Zastosuj rozsądny projekt okablowania, aby zapewnić odprowadzanie ciepła.Ponieważ żywica w płycie ma słabą przewodność cieplną, a linie i otwory z folii miedzianej są dobrymi przewodnikami ciepła, głównym sposobem rozpraszania ciepła jest zwiększenie pozostałej szybkości folii miedzianej i zwiększenie liczby otworów przewodzących ciepło.Aby ocenić zdolność rozpraszania ciepła przez płytkę drukowaną, należy obliczyć zastępczą przewodność cieplną (dziewięć równoważników) materiału kompozytowego składającego się z różnych materiałów o różnej przewodności cieplnej – podłoża izolacyjnego płytki drukowanej.

05
Urządzenia na tej samej płytce drukowanej należy rozmieścić w miarę możliwości zgodnie z ich kalorycznością i stopniem odprowadzania ciepła.Urządzenia o niskiej wartości opałowej lub słabej odporności cieplnej (takie jak tranzystory małosygnałowe, małogabarytowe układy scalone, kondensatory elektrolityczne itp.) należy umieszczać w strumieniu powietrza chłodzącego.Najwyższy przepływ (na wejściu), czyli urządzenia o dużym oporze cieplnym lub cieplnym (takie jak tranzystory mocy, wielkogabarytowe układy scalone itp.), są umieszczone najbardziej za strumieniem powietrza chłodzącego.

06
W kierunku poziomym urządzenia dużej mocy są rozmieszczone jak najbliżej krawędzi płytki drukowanej, aby skrócić drogę wymiany ciepła;w kierunku pionowym urządzenia dużej mocy są rozmieszczone jak najbliżej górnej krawędzi płytki drukowanej, aby zmniejszyć wpływ tych urządzeń na temperaturę innych urządzeń..

07
Rozpraszanie ciepła przez płytkę drukowaną w sprzęcie opiera się głównie na przepływie powietrza, dlatego podczas projektowania należy zbadać ścieżkę przepływu powietrza, a urządzenie lub płytkę drukowaną należy rozsądnie skonfigurować.

Kiedy powietrze przepływa, zawsze ma ono tendencję do przepływu w miejscach o niskim oporze, dlatego konfigurując urządzenia na płytce drukowanej, należy unikać pozostawiania dużej przestrzeni powietrznej w określonym obszarze.

Konfiguracja wielu płytek drukowanych w całej maszynie powinna również zwrócić uwagę na ten sam problem.

08
Urządzenie wrażliwe na temperaturę najlepiej umieścić w obszarze o najniższej temperaturze (np. na spodzie urządzenia).Nigdy nie umieszczaj go bezpośrednio nad urządzeniem grzewczym.Najlepiej jest ustawić wiele urządzeń naprzemiennie w płaszczyźnie poziomej.

09
Umieść urządzenia o największym zużyciu energii i wytwarzaniu ciepła w pobliżu miejsc zapewniających najlepsze odprowadzanie ciepła.Nie umieszczaj urządzeń silnie nagrzewających się na rogach i krawędziach płytki drukowanej, chyba że w jej pobliżu znajduje się radiator.Projektując rezystor mocy, należy wybrać w miarę możliwości większe urządzenie i zapewnić mu wystarczająco dużo miejsca na odprowadzenie ciepła podczas dopasowywania układu płytki drukowanej.

10
Unikaj koncentracji gorących punktów na płytce PCB, równomiernie rozprowadzaj moc na płytce PCB tak bardzo, jak to możliwe, i utrzymuj jednolitą i stałą temperaturę powierzchni PCB.