Do PCB World
Em equipamentos eletrônicos, uma certa quantidade de calor é gerada durante o funcionamento, fazendo com que a temperatura interna do equipamento aumente rapidamente. Se o calor não for dissipado a tempo, o equipamento continuará a aquecer e o dispositivo falhará devido ao superaquecimento. A confiabilidade e o desempenho do equipamento eletrônico diminuirão.
Portanto, é muito importante realizar um bom tratamento de dissipação de calor na placa de circuito. A dissipação de calor da placa de circuito impresso é um elo muito importante, então, qual é a técnica de dissipação de calor da placa de circuito impresso? Vamos discutir isso juntos a seguir.
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Dissipação de calor através da própria placa de PCB As placas de PCB amplamente utilizadas atualmente são substratos de tecido de vidro revestidos de cobre/epóxi ou substratos de tecido de vidro de resina fenólica, e uma pequena quantidade de placas revestidas de cobre à base de papel são utilizadas.
Embora esses substratos tenham excelentes propriedades elétricas e de processamento, eles apresentam baixa dissipação de calor. Como método de dissipação de calor para componentes de alto aquecimento, é quase impossível esperar que o calor seja conduzido pela resina do próprio PCB, mas sim dissipado da superfície do componente para o ar circundante.
No entanto, como os produtos eletrônicos entraram na era da miniaturização de componentes, montagem de alta densidade e montagem de alto aquecimento, não é suficiente depender da superfície de um componente com uma área de superfície muito pequena para dissipar o calor.
Ao mesmo tempo, devido ao uso extensivo de componentes de montagem em superfície, como QFP e BGA, o calor gerado pelos componentes é transferido para a placa PCB em grande quantidade. Portanto, a melhor maneira de resolver o problema da dissipação de calor é melhorar a capacidade de dissipação de calor da própria PCB, que está em contato direto com o elemento de aquecimento, seja por condução ou radiação.
Layout de PCB
Dispositivos sensíveis ao calor são colocados na área de vento frio.
O dispositivo de detecção de temperatura é colocado na posição mais quente.
Os dispositivos na mesma placa de circuito impresso devem ser dispostos, na medida do possível, de acordo com seu poder calorífico e grau de dissipação de calor. Dispositivos com baixo poder calorífico ou baixa resistência térmica (como transistores de sinal de baixa potência, circuitos integrados de pequena escala, capacitores eletrolíticos, etc.) devem ser colocados no fluxo de ar de resfriamento. No fluxo superior (na entrada), os dispositivos com alta resistência térmica ou alta resistência térmica (como transistores de potência, circuitos integrados de grande escala, etc.) são colocados na extremidade mais a jusante do fluxo de ar de resfriamento.
Na direção horizontal, os dispositivos de alta potência são colocados o mais próximo possível da borda da placa impressa para encurtar o caminho de transferência de calor; na direção vertical, os dispositivos de alta potência são colocados o mais próximo possível do topo da placa impressa para reduzir o impacto desses dispositivos na temperatura de outros dispositivos quando funcionam.
A dissipação de calor da placa impressa no equipamento depende principalmente do fluxo de ar, portanto, o caminho do fluxo de ar deve ser estudado durante o projeto, e o dispositivo ou placa de circuito impresso deve ser configurado de forma razoável.
Muitas vezes é difícil obter uma distribuição uniforme e rigorosa durante o processo de projeto, mas áreas com densidade de potência muito alta devem ser evitadas para evitar que pontos quentes afetem a operação normal de todo o circuito.
Se possível, é necessário analisar a eficiência térmica do circuito impresso. Por exemplo, o módulo de software de análise de índice de eficiência térmica adicionado a alguns softwares profissionais de design de PCB pode ajudar os projetistas a otimizar o projeto do circuito.
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Componentes com alta geração de calor, além de radiadores e placas condutoras de calor. Quando um pequeno número de componentes na placa de circuito impresso gera uma grande quantidade de calor (menos de 3), um dissipador de calor ou tubo de calor pode ser adicionado aos componentes geradores de calor. Quando a temperatura não pode ser reduzida, um radiador com ventoinha pode ser usado para aumentar o efeito de dissipação de calor.
Quando o número de dispositivos de aquecimento for grande (mais de 3), pode-se utilizar uma grande tampa de dissipação de calor (placa), que consiste em um dissipador de calor especial personalizado de acordo com a posição e a altura do dispositivo de aquecimento na placa de circuito impresso (PCB) ou um grande dissipador de calor plano. Corte componentes em diferentes posições de altura. A tampa de dissipação de calor é fixada integralmente na superfície do componente e entra em contato com cada componente para dissipar o calor.
No entanto, o efeito de dissipação de calor não é bom devido à baixa constância da altura durante a montagem e soldagem dos componentes. Normalmente, uma almofada térmica macia de mudança de fase térmica é adicionada à superfície do componente para melhorar o efeito de dissipação de calor.
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Para equipamentos que adotam resfriamento de ar por convecção livre, é melhor organizar os circuitos integrados (ou outros dispositivos) vertical ou horizontalmente.
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Adote um projeto de fiação razoável para realizar a dissipação de calor. Como a resina na placa tem baixa condutividade térmica e as linhas e furos da folha de cobre são bons condutores de calor, aumentar a taxa restante da folha de cobre e aumentar os furos de condução de calor são os principais meios de dissipação de calor. Para avaliar a capacidade de dissipação de calor da placa de circuito impresso (PCB), é necessário calcular a condutividade térmica equivalente (nove eq) do material compósito composto por vários materiais com diferentes condutividades térmicas — o substrato isolante da placa de circuito impresso.
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Os dispositivos na mesma placa de circuito impresso devem ser dispostos, na medida do possível, de acordo com seu poder calorífico e grau de dissipação de calor. Dispositivos com baixo poder calorífico ou baixa resistência ao calor (como transistores de pequeno sinal, circuitos integrados de pequena escala, capacitores eletrolíticos, etc.) devem ser colocados no fluxo de ar de resfriamento. No fluxo superior (na entrada), os dispositivos com alta temperatura ou alta resistência ao calor (como transistores de potência, circuitos integrados de grande escala, etc.) são colocados mais a jusante do fluxo de ar de resfriamento.
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Na direção horizontal, os dispositivos de alta potência são dispostos o mais próximo possível da borda da placa impressa para encurtar o caminho de transferência de calor; na direção vertical, os dispositivos de alta potência são dispostos o mais próximo possível da parte superior da placa impressa para reduzir a influência desses dispositivos na temperatura de outros dispositivos.
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A dissipação de calor da placa impressa no equipamento depende principalmente do fluxo de ar, portanto, o caminho do fluxo de ar deve ser estudado durante o projeto, e o dispositivo ou placa de circuito impresso deve ser configurado de forma razoável.
Quando o ar flui, ele sempre tende a fluir em locais com baixa resistência, portanto, ao configurar dispositivos em uma placa de circuito impresso, evite deixar um grande espaço de ar em uma determinada área.
A configuração de múltiplas placas de circuito impresso em toda a máquina também deve prestar atenção ao mesmo problema.
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O dispositivo sensível à temperatura deve ser posicionado preferencialmente na área de menor temperatura (como a parte inferior do dispositivo). Nunca o coloque diretamente acima do dispositivo de aquecimento. É melhor escalonar vários dispositivos no plano horizontal.
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Posicione os dispositivos com maior consumo de energia e geração de calor próximos à melhor posição para dissipação de calor. Não coloque dispositivos com alto aquecimento nos cantos e bordas periféricas da placa de circuito impresso, a menos que haja um dissipador de calor próximo a eles. Ao projetar o resistor de potência, escolha um dispositivo o maior possível e garanta que ele tenha espaço suficiente para dissipação de calor ao ajustar o layout da placa de circuito impresso.
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Evite a concentração de pontos quentes no PCB, distribua a energia uniformemente na placa PCB o máximo possível e mantenha o desempenho da temperatura da superfície do PCB uniforme e consistente.
Muitas vezes é difícil obter uma distribuição uniforme e rigorosa durante o processo de projeto, mas áreas com densidade de potência muito alta devem ser evitadas para evitar que pontos quentes afetem a operação normal de todo o circuito.
Se possível, é necessário analisar a eficiência térmica do circuito impresso. Por exemplo, o módulo de software de análise de índice de eficiência térmica adicionado a alguns softwares profissionais de design de PCB pode ajudar os projetistas a otimizar o projeto do circuito.