10 phương pháp tản nhiệt PCB đơn giản và thiết thực này

Từ thế giới PCB

Đối với thiết bị điện tử, trong quá trình hoạt động sẽ sinh ra một lượng nhiệt nhất định, khiến nhiệt độ bên trong thiết bị tăng lên nhanh chóng.Nếu nhiệt không được tản đi kịp thời, thiết bị sẽ tiếp tục nóng lên và thiết bị sẽ hỏng do quá nóng.Độ tin cậy của hiệu suất thiết bị điện tử sẽ giảm.

Vì vậy, việc tiến hành xử lý tản nhiệt tốt trên bảng mạch là rất quan trọng.Tản nhiệt của bảng mạch PCB là một mắt xích rất quan trọng, vậy kỹ thuật tản nhiệt của bảng mạch PCB là gì, chúng ta cùng nhau thảo luận bên dưới nhé.

01
Tản nhiệt qua chính bảng mạch PCB Các bảng mạch PCB hiện đang được sử dụng rộng rãi là chất nền vải thủy tinh phủ đồng/epoxy hoặc chất nền vải thủy tinh nhựa phenolic và một lượng nhỏ bảng mạ đồng trên giấy được sử dụng.

Mặc dù các chất nền này có đặc tính điện và đặc tính xử lý tuyệt vời nhưng chúng có khả năng tản nhiệt kém.Là một phương pháp tản nhiệt cho các linh kiện có nhiệt độ cao, gần như không thể mong đợi nhiệt sẽ được dẫn bởi chính nhựa của PCB mà sẽ tản nhiệt từ bề mặt linh kiện ra không khí xung quanh.

Tuy nhiên, khi các sản phẩm điện tử đã bước vào kỷ nguyên thu nhỏ các linh kiện, lắp đặt mật độ cao và lắp ráp tỏa nhiệt cao, việc chỉ dựa vào bề mặt của một linh kiện có diện tích bề mặt rất nhỏ để tản nhiệt là chưa đủ.

Đồng thời, do sử dụng rộng rãi các linh kiện gắn trên bề mặt như QFP và BGA nên nhiệt lượng do các linh kiện tạo ra sẽ được truyền đến bo mạch PCB với một lượng lớn.Vì vậy, cách tốt nhất để giải quyết vấn đề tản nhiệt là cải thiện khả năng tản nhiệt của chính PCB tiếp xúc trực tiếp với bộ phận làm nóng.Tiến hành hoặc bức xạ.

bố trí PCB
Các thiết bị nhạy cảm với nhiệt được đặt ở khu vực có gió lạnh.

Thiết bị phát hiện nhiệt độ được đặt ở vị trí nóng nhất.

Các thiết bị trên cùng một bảng in phải được bố trí càng xa càng tốt theo nhiệt trị và mức độ tản nhiệt của chúng.Các thiết bị có nhiệt trị nhỏ hoặc khả năng chịu nhiệt kém (chẳng hạn như bóng bán dẫn tín hiệu nhỏ, mạch tích hợp quy mô nhỏ, tụ điện, v.v.) nên được đặt trong luồng không khí làm mát.Luồng trên cùng (ở lối vào), các thiết bị có khả năng chịu nhiệt hoặc nhiệt lớn (như bóng bán dẫn điện, mạch tích hợp quy mô lớn, v.v.) được đặt ở hạ lưu nhất của luồng khí làm mát.

Theo chiều ngang, các thiết bị công suất lớn được đặt càng gần mép bảng in càng tốt để rút ngắn đường truyền nhiệt;theo hướng thẳng đứng, các thiết bị công suất lớn được đặt càng gần mặt trên của bảng in càng tốt để giảm tác động của các thiết bị này đến nhiệt độ của các thiết bị khác khi chúng hoạt động.

Sự tản nhiệt của bảng in trong thiết bị chủ yếu dựa vào luồng không khí, do đó, đường dẫn luồng không khí cần được nghiên cứu trong quá trình thiết kế và thiết bị hoặc bảng mạch in phải được cấu hình hợp lý.

Thường khó đạt được sự phân bố đồng đều nghiêm ngặt trong quá trình thiết kế, nhưng phải tránh những khu vực có mật độ công suất quá cao để tránh các điểm nóng ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của toàn bộ mạch.

Nếu có thể, cần phân tích hiệu suất nhiệt của mạch in.Ví dụ, mô-đun phần mềm phân tích chỉ số hiệu suất nhiệt được thêm vào trong một số phần mềm thiết kế PCB chuyên nghiệp có thể giúp các nhà thiết kế tối ưu hóa thiết kế mạch.

02
Các bộ phận tạo nhiệt cao cộng với bộ tản nhiệt và tấm dẫn nhiệt.Khi một số lượng nhỏ các thành phần trong PCB tạo ra một lượng nhiệt lớn (dưới 3), có thể thêm một bộ tản nhiệt hoặc ống dẫn nhiệt vào các thành phần tạo nhiệt.Khi nhiệt độ không thể hạ xuống, có thể sử dụng Bộ tản nhiệt có quạt để tăng cường hiệu quả tản nhiệt.

Khi số lượng thiết bị sưởi ấm lớn (hơn 3), có thể sử dụng nắp (board) tản nhiệt lớn, đây là một bộ tản nhiệt đặc biệt được tùy chỉnh theo vị trí và chiều cao của thiết bị sưởi trên PCB hoặc trên một mặt phẳng lớn tản nhiệt Cắt bỏ các vị trí chiều cao thành phần khác nhau.Vỏ tản nhiệt được oằn tích hợp trên bề mặt của bộ phận và tiếp xúc với từng bộ phận để tản nhiệt.

Tuy nhiên, hiệu quả tản nhiệt không tốt do độ cao không đồng đều trong quá trình lắp ráp và hàn các linh kiện.Thông thường, một miếng đệm nhiệt thay đổi pha nhiệt mềm được thêm vào bề mặt của bộ phận để cải thiện hiệu quả tản nhiệt.

03
Đối với thiết bị sử dụng làm mát bằng không khí đối lưu tự do, tốt nhất nên bố trí các mạch tích hợp (hoặc các thiết bị khác) theo chiều dọc hoặc chiều ngang.

04
Áp dụng thiết kế dây hợp lý để thực hiện tản nhiệt.Do nhựa trong tấm có tính dẫn nhiệt kém, các đường và lỗ lá đồng dẫn nhiệt tốt nên việc tăng tỷ lệ còn lại của lá đồng và tăng lỗ dẫn nhiệt là phương tiện tản nhiệt chính.Để đánh giá khả năng tản nhiệt của PCB, cần tính độ dẫn nhiệt tương đương (chín eq) của vật liệu composite được tạo thành từ nhiều vật liệu khác nhau có độ dẫn nhiệt khác nhau - chất nền cách điện cho PCB.

05
Các thiết bị trên cùng một bảng in phải được bố trí càng xa càng tốt theo nhiệt trị và mức độ tản nhiệt của chúng.Các thiết bị có nhiệt trị thấp hoặc khả năng chịu nhiệt kém (chẳng hạn như bóng bán dẫn tín hiệu nhỏ, mạch tích hợp quy mô nhỏ, tụ điện, v.v.) nên được đặt trong luồng không khí làm mát.Luồng trên cùng (ở lối vào), các thiết bị có khả năng chịu nhiệt hoặc nhiệt lớn (như bóng bán dẫn điện, mạch tích hợp quy mô lớn, v.v.) được đặt ở hạ lưu nhất của luồng khí làm mát.

06
Theo chiều ngang, các thiết bị công suất lớn được bố trí càng gần mép bảng in càng tốt để rút ngắn đường truyền nhiệt;theo hướng thẳng đứng, các thiết bị công suất lớn được bố trí càng gần mặt trên của bảng in càng tốt để giảm ảnh hưởng của các thiết bị này đến nhiệt độ của các thiết bị khác..

07
Sự tản nhiệt của bảng in trong thiết bị chủ yếu dựa vào luồng không khí, do đó, đường dẫn luồng không khí cần được nghiên cứu trong quá trình thiết kế và thiết bị hoặc bảng mạch in phải được cấu hình hợp lý.

Khi không khí di chuyển, nó luôn có xu hướng chảy ở những nơi có điện trở thấp, vì vậy khi cấu hình các thiết bị trên bảng mạch in, tránh để lại một khoảng trống lớn ở một khu vực nhất định.

Cấu hình nhiều bảng mạch in trong toàn bộ máy cũng cần chú ý đến vấn đề tương tự.

08
Tốt nhất nên đặt thiết bị nhạy cảm với nhiệt độ ở khu vực có nhiệt độ thấp nhất (chẳng hạn như đáy thiết bị).Không bao giờ đặt nó trực tiếp phía trên thiết bị sưởi ấm.Tốt nhất nên bố trí xen kẽ nhiều thiết bị trên mặt phẳng ngang.

09
Đặt các thiết bị có mức tiêu thụ điện năng và sinh nhiệt cao nhất gần vị trí tản nhiệt tốt nhất.Không đặt các thiết bị có nhiệt độ cao ở các góc và cạnh ngoại vi của bảng in, trừ khi có bố trí tản nhiệt gần đó.Khi thiết kế điện trở nguồn, hãy chọn thiết bị lớn nhất có thể và đảm bảo nó có đủ không gian để tản nhiệt khi điều chỉnh bố cục của bảng in.

10
Tránh tập trung các điểm nóng trên PCB, phân bổ nguồn điện đều trên bo mạch PCB càng nhiều càng tốt và giữ cho hiệu suất nhiệt độ bề mặt PCB đồng đều và nhất quán.