Elektronisches Design - Fähigkeiten zur Wärmeableitung von Leiterplatten

1. Die Bedeutung des thermischen Entwurfs

Für elektronische Geräte wird während des Betriebs eine bestimmte Menge Wärme erzeugt, so dass die Innentemperatur der Geräte schnell ansteigt. Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt wird, erwärmt sich das Gerät weiter und das Gerät versagt aufgrund von Überhitzung. Die Zuverlässigkeit der elektronischen Geräte Performance wird abnehmen. Daher ist es sehr wichtig, eine gute Wärmeableitungsbehandlung auf der Leiterplatte durchzuführen.

Zweitens die Analyse der Temperaturanstiegsfaktoren der Leiterplatte

Die direkte Ursache für den Temperaturanstieg der Leiterplatte ist auf das Vorhandensein von Stromverbrauchsgeräten der Schaltung zurückzuführen. Elektronische Geräte haben alle einen unterschiedlichen Stromverbrauch, und die Heizintensität variiert mit der Größe des Stromverbrauchs.

Zwei Phänomene des Temperaturanstiegs in Leiterplatten:

(1) Lokaler Temperaturanstieg oder großer Temperaturanstieg;

(2) Kurzfristiger Temperaturanstieg oder langfristiger Temperaturanstieg. Bei der Analyse des thermischen Stromverbrauchs von Leiterplatten wird er im Allgemeinen aus den folgenden Aspekten analysiert.

2.1 Stromverbrauch

(1) Analysieren Sie den Stromverbrauch pro Einheitsfläche;

(2) Analysieren Sie die Verteilung des Stromverbrauchs auf der Leiterplatte.

2.2 Die Struktur der Leiterplatte

(1) die Größe der Leiterplatte;

(2) Das Material der Leiterplatte.

2.3 Wie man die Leiterplatte installiert

(1) Installationsmethode (wie vertikale Installation, horizontale Installation);

(2) Die Dichtungszustand und der Abstand vom Gehäuse.

2.4 Wärmestrahlung

(1) Der Emissionsgrad der Leiterplattenoberfläche;

(2) Die Temperaturdifferenz zwischen der Leiterplatte und der angrenzenden Oberfläche und ihre absolute Temperatur

2.5 Wärmeleitung

(1) Einbau des Heizkörpers;

(2) Durchführung anderer baulicher Teile der Anlage.

2.6 Thermische Konvektion

(1) Natürliche Konvektion;

(2) Erzwungene Kühlkonvektion.

Die Analyse der oben genannten Faktoren von der Leiterplatte ist eine effektive Möglichkeit, den Temperaturanstieg der Leiterplatte zu lösen. Diese Faktoren sind in einem Produkt und System oft miteinander verbunden und voneinander abhängig. Die meisten Faktoren sollten entsprechend der tatsächlichen Situation und nur für eine bestimmte analysiert werden. Die tatsächliche Situation kann die Parameter wie Temperaturanstieg und Stromverbrauch genauer berechnen oder schätzen.

Drei, einige Methoden des PCB thermischen Designs

1 Wärmeableitung durch die Leiterplatte selbst

Derzeit sind die weit verbreiteten Leiterplatten kupferplattierte/epoxidglastuchsubstrate oder Phenolharzglastuchsubstrate, und eine kleine Menge papierbasierter kupferplattierter Platten wird verwendet. Obwohl diese Substrate ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften haben, weisen sie eine schlechte Wärmeableitung auf. Als Wärmeableitungspfad für hocherhitzende Komponenten ist es fast unmöglich zu erwarten, dass Wärme vom Harz der Leiterplatte selbst Wärme leitet, aber Wärme von der Oberfläche des Bauteils an die Umgebungsluft ableitet. Da elektronische Produkte jedoch in die Ära der Miniaturisierung von Komponenten, der Montage mit hoher Dichte und der Montage mit hoher Erwärmung eingetreten sind, reicht es nicht aus, sich auf die Oberfläche eines Bauteils mit einer sehr kleinen Oberfläche zu verlassen, um Wärme abzuleiten. Gleichzeitig wird aufgrund des umfangreichen Einsatzes von Oberflächenmontagekomponenten wie QFP und BGA eine große Menge an Wärme, die von den Komponenten erzeugt wird, auf die Leiterplatte übertragen. Daher ist der beste Weg, das Problem der Wärmeableitung zu lösen, die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte selbst zu verbessern, die in direktem Kontakt mit dem Heizelement steht, durch die Leiterplatte. Zu übertragen oder auszustrahlen.

2 Hochwärmeerzeugende Komponenten plus Heizkörper und Wärmeleitungsplatte

Wenn eine kleine Anzahl von Komponenten in der Leiterplatte eine große Menge an Wärme erzeugt (weniger als 3), kann ein Kühlkörper oder ein Wärmerohr zum Heizgerät hinzugefügt werden. Wenn die Temperatur nicht gesenkt werden kann, kann ein Kühlkörper mit einem Ventilator verwendet werden, um den Wärmeableitungseffekt zu verbessern. Wenn die Anzahl der Heizgeräte groß ist (mehr als 3), kann eine große Wärmeableitungsabdeckung (Platine) verwendet werden, die ein spezieller Kühlkörper ist, der entsprechend der Position und Höhe des Heizgeräts auf der Leiterplatte oder einem großen flachen Kühlkörper angepasst ist. Die Wärmeableitungsabdeckung ist auf der Oberfläche der Komponente integral geknickt, und es ist in Kontakt mit jeder Komponente, um Wärme abzuleiten. Der Wärmeableitungseffekt ist jedoch aufgrund der schlechten Konsistenz der Höhe während der Montage und des Schweißens von Komponenten nicht gut. Normalerweise wird ein weiches thermisches Phasenwechsel-Thermopad auf der Oberfläche der Komponente hinzugefügt, um den Wärmeableitungseffekt zu verbessern.

3 Für Geräte, die freie Konvektionsluftkühlung annehmen, ist es am besten, integrierte Schaltkreise (oder andere Geräte) vertikal oder horizontal anzuordnen.

4 Verwenden Sie angemessenes Verdrahtungsdesign, um Wärmeableitung zu erreichen

Da das Harz in der Platte eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat und die Kupferfolienlinien und -löcher gute Wärmeleiter sind, sind die Erhöhung der Restrate der Kupferfolie und die Erhöhung der thermisch leitenden Löcher die Hauptmittel der Wärmeableitung.

Um die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte zu bewerten, ist es notwendig, die äquivalente Wärmeleitfähigkeit (neun eq) des Verbundmaterials zu berechnen, das aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit besteht – dem isolierenden Substrat für die Leiterplatte.

5 Die Geräte auf derselben Leiterplatte sollten so weit wie möglich nach ihrem Heizwert und Grad der Wärmeableitung angeordnet sein. Geräte mit niedrigem Heizwert oder schlechter Hitzebeständigkeit (wie Kleinsignaltransistoren, kleine integrierte Schaltkreise, Elektrolytkondensatoren usw.) sollten in Kühlung gestellt werden. Der oberste Teil des Luftstroms (am Eingang), Geräte mit großer Hitze- oder Hitzebeständigkeit (z.B. Leistungstransistoren, großflächige integrierte Schaltkreise usw.) werden am unteren Teil des Kühlluftstroms platziert.

6 In horizontaler Richtung werden Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Kante der Leiterplatte platziert, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen; In vertikaler Richtung werden Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte platziert, um die Temperatur anderer Geräte zu senken, wenn diese Geräte arbeiten. Einfluss.

7 Die Wärmeableitung der Leiterplatte in der Ausrüstung beruht hauptsächlich auf Luftstrom, so dass der Luftstrompfad während des Entwurfs studiert werden sollte, und das Gerät oder die Leiterplatte sollte angemessen konfiguriert werden. Wenn Luft strömt, neigt sie immer dazu, an Orten mit geringem Widerstand zu fließen. Wenn Sie also Geräte auf einer Leiterplatte konfigurieren, vermeiden Sie, einen großen Luftraum in einem bestimmten Bereich zu verlassen. Die Konfiguration mehrerer Leiterplatten in der gesamten Maschine sollte auch auf das gleiche Problem achten.

8. Das temperaturempfindliche Gerät wird am besten im niedrigsten Temperaturbereich (wie der Unterseite des Geräts) platziert. Stellen Sie es niemals direkt über das Heizgerät. Es ist am besten, mehrere Geräte auf der horizontalen Ebene zu stagnieren.

9 Ordnen Sie die Komponenten mit dem höchsten Stromverbrauch und der höchsten Wärmeerzeugung in der Nähe der besten Position für Wärmeableitung an. Stellen Sie keine Hochheizgeräte an den Ecken und Randkanten der Leiterplatte auf, es sei denn, ein Kühlkörper ist in der Nähe angeordnet. Wählen Sie bei der Gestaltung des Leistungswiderstands so viel wie möglich ein größeres Gerät und sorgen Sie dafür, dass es genügend Platz für Wärmeableitung hat, wenn Sie das Layout der Leiterplatte anpassen.

10 Der HF-Leistungsverstärker oder LED-Leiterplatte nimmt ein Metallbasissubstrat an.

11 Vermeiden Sie die Konzentration von Hot Spots auf der Leiterplatte, verteilen Sie die Leistung gleichmäßig auf der Leiterplatte so viel wie möglich und halten Sie die Leistung der Leiterplattenoberflächentemperatur gleichmäßig und konstant. Es ist oft schwierig, eine strenge gleichmäßige Verteilung während des Entwurfsprozesses zu erreichen, aber Bereiche mit zu hoher Leistungsdichte müssen vermieden werden, um zu verhindern, dass Hot Spots den normalen Betrieb des gesamten Stromkreises beeinträchtigen. Wenn möglich, ist es notwendig, die thermische Effizienz der gedruckten Schaltung zu analysieren. Zum Beispiel kann das Softwaremodul zur Analyse des thermischen Wirkungsgrades, das in einigen professionellen PCB-Design-Software hinzugefügt wird, Designern helfen, das Schaltungsdesign zu optimieren.