Zo sveta PCB
Pri elektronických zariadeniach sa počas prevádzky vytvára určité množstvo tepla, takže vnútorná teplota zariadenia rýchlo stúpa. Ak sa teplo včas neodvedie, zariadenie sa bude naďalej zahrievať a v dôsledku prehriatia zlyhá. Spoľahlivosť elektronického zariadenia a jeho výkon sa znížia.
Preto je veľmi dôležité vykonať dobré ošetrenie odvodu tepla na doske plošných spojov. Odvod tepla z dosky plošných spojov je veľmi dôležitým článkom, takže aká je technika odvodu tepla z dosky plošných spojov? Poďme si to spoločne rozobrať nižšie.
01
Odvod tepla cez samotnú dosku plošných spojov. V súčasnosti sa bežne používajú dosky plošných spojov s medeným povlakom/sklotextíliou z epoxidu alebo sklotextíliou z fenolovej živice a v malom množstve sa používajú dosky s medeným povlakom na báze papiera.
Hoci majú tieto substráty vynikajúce elektrické vlastnosti a spracovateľské vlastnosti, majú slabý odvod tepla. Pri metóde odvodu tepla pre vysoko zahrievajúce sa súčiastky je takmer nemožné očakávať, že teplo bude vedené samotnou živicou dosky plošných spojov, ale že teplo bude odvádzané z povrchu súčiastky do okolitého vzduchu.
Avšak, keďže elektronické výrobky vstúpili do éry miniaturizácie súčiastok, montáže s vysokou hustotou a montáže s vysokým zahrievaním, nestačí sa spoliehať na povrch súčiastky s veľmi malou plochou na rozptyľovanie tepla.
Zároveň, kvôli rozsiahlemu používaniu povrchovo montovaných komponentov, ako sú QFP a BGA, sa teplo generované komponentmi vo veľkom množstve prenáša na dosku plošných spojov. Preto najlepším spôsobom riešenia odvodu tepla je zlepšiť kapacitu odvodu tepla samotnej dosky plošných spojov, ktorá je v priamom kontakte s vykurovacím prvkom. Vedením alebo žiarením.
Rozloženie DPS
Tepelne citlivé zariadenia sú umiestnené v oblasti studeného vetra.
Zariadenie na detekciu teploty sa umiestni do najteplejšej polohy.
Zariadenia na tej istej doske plošných spojov by mali byť usporiadané čo najviac podľa ich výhrevnosti a stupňa odvodu tepla. Zariadenia s nízkou výhrevnosťou alebo slabou tepelnou odolnosťou (ako sú malé signálne tranzistory, malé integrované obvody, elektrolytické kondenzátory atď.) by mali byť umiestnené v prúde chladiaceho vzduchu. Zariadenia s vysokým teplom alebo tepelnou odolnosťou (ako sú výkonové tranzistory, veľké integrované obvody atď.) sú umiestnené najviac za prúdom chladiaceho vzduchu.
V horizontálnom smere sa zariadenia s vysokým výkonom umiestňujú čo najbližšie k okraju dosky plošných spojov, aby sa skrátila dráha prenosu tepla; vo vertikálnom smere sa zariadenia s vysokým výkonom umiestňujú čo najbližšie k vrchu dosky plošných spojov, aby sa znížil vplyv týchto zariadení na teplotu iných zariadení počas ich prevádzky.
Odvod tepla z dosky plošných spojov v zariadení závisí hlavne od prúdenia vzduchu, preto by sa mala počas návrhu študovať dráha prúdenia vzduchu a zariadenie alebo doska plošných spojov by mali byť primerane nakonfigurované.
Počas procesu návrhu je často ťažké dosiahnuť striktné rovnomerné rozloženie, ale je potrebné sa vyhnúť oblastiam s príliš vysokou hustotou výkonu, aby sa zabránilo ovplyvneniu normálnej prevádzky celého obvodu zo strany horúcich miest.
Ak je to možné, je potrebné analyzovať tepelnú účinnosť plošného spoja. Napríklad softvérový modul na analýzu indexu tepelnej účinnosti, ktorý je súčasťou niektorých profesionálnych softvérov na návrh dosiek plošných spojov, môže pomôcť návrhárom optimalizovať návrh obvodu.
02
Súčiastky generujúce vysoké množstvo tepla plus radiátory a teplovodivé dosky. Ak malý počet súčiastok na doske plošných spojov generuje veľké množstvo tepla (menej ako 3), je možné k súčiastkam generujúcim teplo pridať chladič alebo tepelnú trubicu. Ak nie je možné znížiť teplotu, je možné použiť radiátor s ventilátorom na zvýšenie efektu odvádzania tepla.
Ak je počet vykurovacích zariadení veľký (viac ako 3), je možné použiť veľký kryt (dosku) na odvádzanie tepla, čo je špeciálny chladič prispôsobený podľa polohy a výšky vykurovacieho zariadenia na doske plošných spojov alebo veľký plochý chladič. Vyrežte rôzne výšky komponentov. Kryt na odvádzanie tepla je integrálne pripevnený k povrchu komponentu a dotýka sa každého komponentu, aby odvádzal teplo.
Účinok odvádzania tepla však nie je dobrý kvôli nízkej konzistentnosti výšky počas montáže a zvárania komponentov. Zvyčajne sa na povrch komponentu pridáva mäkká tepelná podložka s fázovou zmenou, aby sa zlepšil účinok odvádzania tepla.
03
Pre zariadenia, ktoré využívajú voľné konvekčné chladenie vzduchom, je najlepšie usporiadať integrované obvody (alebo iné zariadenia) vertikálne alebo horizontálne.
04
Na dosiahnutie odvodu tepla zvoľte rozumný návrh zapojenia. Pretože živica v doske má nízku tepelnú vodivosť a medené vedenia a otvory sú dobrými vodičmi tepla, hlavným prostriedkom odvodu tepla je zvýšenie zostávajúcej miery medenej fólie a zväčšenie otvorov na vedenie tepla. Na vyhodnotenie kapacity odvodu tepla dosky plošných spojov je potrebné vypočítať ekvivalentnú tepelnú vodivosť (deväť ekvivalentov) kompozitného materiálu zloženého z rôznych materiálov s rôznou tepelnou vodivosťou – izolačného substrátu dosky plošných spojov.
05
Zariadenia na tej istej doske plošných spojov by mali byť usporiadané čo najviac podľa ich výhrevnosti a stupňa odvodu tepla. Zariadenia s nízkou výhrevnosťou alebo slabou tepelnou odolnosťou (ako sú tranzistory s malým signálom, malé integrované obvody, elektrolytické kondenzátory atď.) by mali byť umiestnené v prúde chladiaceho vzduchu. Zariadenia s vysokým teplom alebo tepelnou odolnosťou (ako sú výkonové tranzistory, veľké integrované obvody atď.) sú umiestnené najviac za prúdom chladiaceho vzduchu.
06
V horizontálnom smere sú zariadenia s vysokým výkonom usporiadané čo najbližšie k okraju dosky plošných spojov, aby sa skrátila dráha prenosu tepla; vo vertikálnom smere sú zariadenia s vysokým výkonom usporiadané čo najbližšie k vrchu dosky plošných spojov, aby sa znížil vplyv týchto zariadení na teplotu iných zariadení.
07
Odvod tepla z dosky plošných spojov v zariadení závisí hlavne od prúdenia vzduchu, preto by sa mala počas návrhu študovať dráha prúdenia vzduchu a zariadenie alebo doska plošných spojov by mali byť primerane nakonfigurované.
Keď vzduch prúdi, má vždy tendenciu prúdiť na miestach s nízkym odporom, preto pri konfigurácii zariadení na doske plošných spojov sa vyhýbajte veľkému vzdušnému priestoru v určitej oblasti.
Konfigurácia viacerých dosiek plošných spojov v celom stroji by mala tiež venovať pozornosť rovnakému problému.
08
Teplotne citlivé zariadenie je najlepšie umiestniť do oblasti s najnižšou teplotou (napríklad do spodnej časti zariadenia). Nikdy ho neumiestňujte priamo nad vykurovacie zariadenie. Najlepšie je umiestniť viacero zariadení v horizontálnej rovine.
09
Zariadenia s najvyššou spotrebou energie a generovaním tepla umiestnite do blízkosti miesta s najlepším odvodom tepla. Zariadenia s vysokou teplotou neumiestňujte na rohy a okraje dosky plošných spojov, pokiaľ v ich blízkosti nie je umiestnený chladič. Pri navrhovaní výkonového rezistora zvoľte čo najväčšie zariadenie a pri úprave rozloženia dosky plošných spojov zabezpečte dostatok priestoru na odvod tepla.
10
Zabráňte koncentrácii horúcich miest na doske plošných spojov, čo najviac rovnomerne rozložte výkon na doske plošných spojov a udržujte rovnomerný a konzistentný výkon teploty povrchu dosky plošných spojov.
Počas procesu návrhu je často ťažké dosiahnuť striktné rovnomerné rozloženie, ale je potrebné sa vyhnúť oblastiam s príliš vysokou hustotou výkonu, aby sa zabránilo ovplyvneniu normálnej prevádzky celého obvodu zo strany horúcich miest.
Ak je to možné, je potrebné analyzovať tepelnú účinnosť plošného spoja. Napríklad softvérový modul na analýzu indexu tepelnej účinnosti, ktorý je súčasťou niektorých profesionálnych softvérov na návrh dosiek plošných spojov, môže pomôcť návrhárom optimalizovať návrh obvodu.