Эти 10 простых и практичных методов отвода тепла от печатных плат

Из мира печатных плат

Электронное оборудование во время работы выделяет определённое количество тепла, что приводит к быстрому повышению его внутренней температуры. Если тепло не отводить вовремя, оборудование будет продолжать нагреваться, что приведёт к его выходу из строя из-за перегрева. Надёжность и производительность электронного оборудования снизятся.

Поэтому очень важно обеспечить хороший отвод тепла от печатной платы. Теплоотвод печатной платы — очень важный этап, поэтому давайте обсудим ниже, каков метод отвода тепла.

01
Рассеивание тепла через саму печатную плату В настоящее время широко используемые печатные платы представляют собой подложки из стеклоткани с медным покрытием/эпоксидной смолой или стеклоткани с фенольной смолой, а также небольшое количество плат с медным покрытием на бумажной основе.

Несмотря на превосходные электрические свойства и технологичность, эти подложки плохо рассеивают тепло. В качестве метода отвода тепла от сильно нагревающихся компонентов практически невозможно ожидать, что тепло будет отводиться самой смолой печатной платы, а скорее рассеиваться с поверхности компонента в окружающий воздух.

Однако поскольку электронные изделия вступили в эпоху миниатюризации компонентов, высокоплотного монтажа и сборки с высоким тепловыделением, для рассеивания тепла недостаточно полагаться только на поверхность компонента с очень малой площадью поверхности.

В то же время, ввиду широкого использования компонентов поверхностного монтажа, таких как QFP и BGA, большое количество тепла, выделяемого компонентами, передается на печатную плату. Поэтому наилучшим способом решения проблемы теплоотвода является улучшение теплоотводящей способности самой печатной платы, непосредственно контактирующей с нагревательным элементом. Теплопроводность или излучение.

Компоновка печатной платы
Термочувствительные устройства размещаются в зоне холодного ветра.

Прибор для определения температуры помещают в самое горячее положение.

Устройства на одной печатной плате следует размещать максимально удаленно друг от друга в соответствии с их теплотворной способностью и степенью теплоотдачи. Устройства с низкой теплотворной способностью или низкой теплостойкостью (например, маломощные транзисторы, малогабаритные интегральные схемы, электролитические конденсаторы и т. д.) следует размещать в потоке охлаждающего воздуха. Устройства с высокой теплотворной способностью или теплостойкостью (например, силовые транзисторы, малогабаритные интегральные схемы и т. д.) следует размещать в самом верхнем потоке охлаждающего воздуха (на входе).

В горизонтальном направлении высокомощные устройства размещаются как можно ближе к краю печатной платы, чтобы сократить путь теплопередачи; в вертикальном направлении высокомощные устройства размещаются как можно ближе к верхней части печатной платы, чтобы уменьшить влияние этих устройств на температуру других устройств при их работе.

Рассеивание тепла печатной платы в оборудовании в основном зависит от потока воздуха, поэтому при проектировании следует изучить путь потока воздуха, а также разумно сконфигурировать устройство или печатную плату.

Часто бывает сложно добиться строго равномерного распределения в процессе проектирования, но следует избегать областей со слишком высокой плотностью мощности, чтобы горячие точки не влияли на нормальную работу всей схемы.

По возможности необходимо проанализировать тепловой КПД печатной платы. Например, модуль анализа индекса теплового КПД, встроенный в некоторые профессиональные программы для проектирования печатных плат, может помочь разработчикам оптимизировать конструкцию схемы.

02
Компоненты с высоким тепловыделением, а также радиаторы и теплопроводящие пластины. Если небольшое количество компонентов на печатной плате генерирует большое количество тепла (менее 3), к ним можно добавить радиатор или тепловую трубку. Если снизить температуру невозможно, можно использовать радиатор с вентилятором для улучшения теплоотвода.

При большом количестве нагревательных элементов (более 3) можно использовать большой теплоотводящий кожух (плату), представляющий собой специальный радиатор, изготовленный в соответствии с положением и высотой нагревательного элемента на печатной плате, или большой плоский радиатор, вырезанный в отверстиях под компоненты разной высоты. Теплоотводящий кожух крепится к поверхности компонента и контактирует с каждым компонентом, обеспечивая рассеивание тепла.

Однако эффект рассеивания тепла недостаточен из-за неравномерной высоты компонентов при сборке и сварке. Обычно для улучшения рассеивания тепла на поверхность компонента наносят мягкую термопрокладку с фазовым переходом.

03
Для оборудования, в котором применяется охлаждение с помощью естественной конвекции воздуха, лучше всего располагать интегральные схемы (или другие устройства) вертикально или горизонтально.

04
Для эффективного рассеивания тепла необходимо выбрать рациональную схему разводки. Поскольку смола в пластине обладает низкой теплопроводностью, а медная фольга и отверстия в ней являются хорошими проводниками тепла, основным способом рассеивания тепла является увеличение толщины медной фольги и увеличение количества отверстий для теплопроводности. Для оценки теплорассеивающей способности печатной платы необходимо рассчитать эквивалентную теплопроводность (девять экв.) композитного материала, состоящего из различных материалов с различной теплопроводностью, – изолирующей подложки печатной платы.

05
Устройства на одной печатной плате следует размещать максимально удаленно друг от друга в соответствии с их теплотворной способностью и степенью теплоотдачи. Устройства с низкой теплотворной способностью или низкой теплостойкостью (например, малосигнальные транзисторы, малогабаритные интегральные схемы, электролитические конденсаторы и т.д.) следует размещать в потоке охлаждающего воздуха. Устройства с высокой теплотворной способностью или теплостойкостью (например, силовые транзисторы, большие интегральные схемы и т.д.) следует размещать в самом верхнем потоке охлаждающего воздуха (на входе).

06
В горизонтальном направлении высокомощные устройства располагаются как можно ближе к краю печатной платы, чтобы сократить путь теплопередачи; в вертикальном направлении высокомощные устройства располагаются как можно ближе к верхней части печатной платы, чтобы уменьшить влияние этих устройств на температуру других устройств.

07
Рассеивание тепла печатной платы в оборудовании в основном зависит от потока воздуха, поэтому при проектировании следует изучить путь потока воздуха, а также разумно сконфигурировать устройство или печатную плату.

Когда поток воздуха движется, он всегда стремится пройти через места с низким сопротивлением, поэтому при конфигурировании устройств на печатной плате не оставляйте большого воздушного пространства в определенной области.

Конфигурация нескольких печатных плат в составе машины также должна учитывать ту же проблему.

08
Термочувствительное устройство лучше всего размещать в зоне с наименьшей температурой (например, в нижней части устройства). Никогда не размещайте его непосредственно над нагревательным устройством. Рекомендуется расположить несколько устройств в шахматном порядке на горизонтальной плоскости.

09
Размещайте устройства с наибольшим энергопотреблением и тепловыделением вблизи мест с оптимальным отводом тепла. Не размещайте сильно нагревающиеся устройства в углах и на периферии печатной платы, если рядом с ними не установлен радиатор. При проектировании мощного резистора выбирайте устройство как можно большего размера и обеспечивайте ему достаточное пространство для отвода тепла при корректировке топологии печатной платы.

10
Избегайте концентрации горячих точек на печатной плате, распределяйте мощность по ней максимально равномерно и поддерживайте равномерную и постоянную температуру поверхности печатной платы.