PCB-Neuigkeiten - Die Faktoren des PCB-Temperaturanstiegs und ihre Lösungen

Zusammenfassung: Wie wir alle wissen, wird die während des Betriebs elektronischer Geräte erzeugte Wärme dazu führen, dass die Innentemperatur der Geräte schnell ansteigt. Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt wird, erwärmt sich die Ausrüstung weiter, und die Ausrüstung versagt aufgrund von Überhitzung, und die Zuverlässigkeit der elektronischen Ausrüstung wird reduziert. Daher ist die Dissipation Board sehr wichtig.

Der direkte Faktor des PCB-Temperaturanstiegs ist das Vorhandensein von stromverbrauchenden Komponenten, und die Heizintensität ändert sich mit der Änderung des Stromverbrauchs.

Mehrere Faktoren des Temperaturanstiegs von Leiterplatten und deren Lösungen

Es gibt zwei Phänomene des Temperaturanstiegs.

1. Lokaler Temperaturanstieg oder ganzer Temperaturanstieg;

2. Kurzfristiger Temperaturanstieg oder langfristiger Temperaturanstieg.

Aus detaillierten Gründen werden sie in der Regel aus folgenden Aspekten analysiert.

1. Energieverbrauch

(1) Analyse des Stromverbrauchs je Flächeneinheit;

(2) Analysieren Sie die Energieverbrauchsverteilung auf der Leiterplatte.

2. Leiterplattenstruktur

(1) Größe;

(2) Materialien.

3. Wie man PCB installiert

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

(2) Dichtungsbedingungen und der Abstand zum Gehäuse.

4. Thermische Strahlung

(1) Der Emissionsgrad der Leiterplattenoberfläche;

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

5. Wärmeleitung

(1) Einbau des Heizkörpers;

(2) Die Leitung von anderen Installationsstrukturen.

6. Thermische Konvektion

(1) Natürliche Konvektion;

(2) Erzwungene Kühlkonvektion.

Die Analyse der oben genannten Faktoren von der Leiterplatte ist eine effektive Methode, um den Temperaturanstieg der Leiterplatte zu lösen. Runze Wuzhou glaubt, dass diese Faktoren in der Regel mit Produkten und Systemen zusammenhängen und voneinander abhängen. Die meisten Faktoren sollten anhand der tatsächlichen Bedingungen analysiert werden. Nur unter bestimmten Ist-Bedingungen können Parameter wie Temperaturanstieg und Stromverbrauch korrekt berechnet oder geschätzt werden.

Lösung

Hochwärmeerzeugende Vorrichtung mit Heizkörper und wärmeleitender Platte

Wenn eine kleine Anzahl von Teilen in der Leiterplatte viel Wärme erzeugt (weniger als 3), kann ein Kühlkörper oder ein Wärmerohr zum Gerät hinzugefügt werden. Wenn die Temperatur nicht gesenkt werden kann, kann ein Heizkörper mit Ventilator verwendet werden, um den Wärmeableitungseffekt zu verstärken. Wenn die Anzahl der Teile groß ist (mehr als 3), kann eine größere Wärmeableitungsabdeckung (Platine) verwendet werden, die ein spezieller Kühlkörper ist, der entsprechend der Position und Höhe des Heizgeräts auf der Leiterplatte oder dem PC angepasst wird. Platzieren Sie die oberen und unteren Teile der verschiedenen Komponenten. Der Hitzeschild ist integral auf der Oberfläche der Komponenten befestigt und steht in Kontakt mit jeder Komponente, um Wärme auszustrahlen. Aufgrund der schlechten Konsistenz der Komponenten während des Schweißprozesses ist der Wärmeableitungseffekt jedoch nicht gut.

Kühlung durch die Leiterplatte selbst

Die derzeit weit verbreiteten Leiterplatten sind kupferplattierte/epoxidglasgewebssubstrate oder phenolharzglasgewebssubstrate, und eine kleine Menge papierbasierter kupferplattierter Laminate wird verwendet. Obwohl diese Substrate hervorragende elektrische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften haben, sind ihre Wärmeableitungseigenschaften schlecht. Als Wärmeableitungspfad für hochwärmeerzeugende Komponenten ist es schwierig zu erwarten, dass Wärme vom Harz der Leiterplatte selbst geleitet wird, aber Wärme von der Oberfläche des Bauteils an die Umgebungsluft abstrahlt wird. Da elektronische Produkte jedoch in die Ära der Miniaturisierung, der Montage mit hoher Dichte und der Montage mit hoher Hitze eintreten, reicht es nicht aus, Wärme von der Oberfläche eines Bauteils mit einer kleinen Oberfläche abzustrahlen. Gleichzeitig wird aufgrund einer großen Anzahl von Oberflächenmontagekomponenten (wie QFP und BGA) eine große Menge an Wärme, die von den Komponenten erzeugt wird, auf die Leiterplatte übertragen. Daher besteht der beste Weg, das Problem der Wärmeableitung zu lösen, darin, die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte selbst zu erhöhen, die in direktem Kontakt mit dem Heizelement steht. Leitung oder Emission.

Verwenden Sie vernünftiges Layoutdesign, um Wärmeableitung zu erreichen

Da das Harz auf der Leiterplatte eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat und Kupferdrähte und -löcher gute Wärmeleiter sind, glaubt die PCB-Befeuchtung, dass die Erhöhung des Restverhältnisses von Kupfer und die Erhöhung der thermischen Löcher das Hauptmittel der Wärmeableitung sind.

Um die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte zu bewerten, ist es notwendig, die äquivalente Wärmeleitfähigkeit von Verbundmaterialien zu berechnen, die aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit bestehen.

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

Sie sollten entsprechend ihrer Wärme- und Wärmeableitung auf derselben Leiterplatte platziert werden. Geräte mit geringer Hitze oder schlechter Hitzebeständigkeit (wie Kleinsignaltransistoren, kleine integrierte Schaltkreise, Elektrolytkondensatoren usw.) sollten platziert werden. Der höchste Durchfluss des Kühlluftstroms (am Eingang) und der Geräte, die viel Wärme oder Wärme erzeugen (wie Leistungstransistoren, große integrierte Schaltkreise, etc.) befindet sich am nachgeschalteten Luftstrom der Kühlung.

In horizontaler Richtung sollten Hochleistungskomponenten so nah wie möglich am Rand der Leiterplatte platziert werden, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen. In vertikaler Richtung sollten Hochleistungskomponenten so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte platziert werden, um die Temperatur anderer Komponenten während des Betriebs zu senken.

Temperaturempfindliche Komponenten sollten im Bereich der niedrigsten Temperatur (z. B. am Boden des Geräts) platziert werden. Stellen Sie es nicht direkt über das Heizgerät. Die Mehrfachvorrichtungen sind vorzugsweise auf einer horizontalen Ebene versetzt.

Die Wärmeableitung der Leiterplatte im Gerät hängt hauptsächlich vom Luftstrom ab, daher sollte der Luftstrompfad während des Entwurfsprozesses studiert werden, und das Gerät oder die Leiterplatte sollte ordnungsgemäß konfiguriert werden. Wenn Luft strömt, neigt sie dazu, an Orten mit geringem Widerstand zu fließen. Vermeiden Sie daher bei der Konfiguration von Geräten auf einer Leiterplatte, einen großen Luftraum in einem bestimmten Bereich zu verlassen. Das gleiche Problem sollte bei der Konfiguration mehrerer Leiterplatten in der gesamten Maschine beachtet werden.

Vermeiden Sie es, Hot Spots auf der Leiterplatte zu konzentrieren, verteilen Sie die Energie auf die Leiterplatte so gleichmäßig wie möglich und halten Sie die Temperaturleistung der Leiterplattenoberfläche gleichmäßig. Im Designprozess ist es normalerweise schwierig, eine strenge gleichmäßige Verteilung zu erreichen, aber es ist notwendig, Bereiche mit einer zu hohen Leistungsdichte zu vermeiden, damit Hot Spots den normalen Betrieb des gesamten Stromkreises nicht beeinträchtigen. Bei Bedarf ist es notwendig, die thermische Leistung der gedruckten Schaltung zu analysieren. Zum Beispiel kann das Softwaremodul zur Analyse des thermischen Leistungsindex, das in einigen professionellen PCB-Design-Software hinzugefügt wird, Designern helfen, das Schaltungsdesign zu optimieren.

Platzieren Sie die Komponenten mit dem höchsten Stromverbrauch und der maximalen Wärmeerzeugung in der Nähe der besten Stelle für die Wärmeableitung. Erwärmen Sie den Kühlkörper nur, wenn er an den Ecken und Randkanten der Leiterplatte angebracht ist. Wenn Sie einen Leistungswiderstand entwerfen, wählen Sie bitte so viel wie möglich ein größeres Gerät und lassen Sie genügend Platz für die Wärmeableitung, wenn Sie das Layout der Leiterplatte anpassen.

Wenn das Gerät mit hoher Wärmeableitung an das Substrat angeschlossen wird, sollte der thermische Widerstand zwischen ihnen minimiert werden. Um die thermischen Eigenschaften Anforderungen besser zu erfüllen, können einige wärmeleitende Materialien (wie eine Schicht aus thermisch leitfähigem Kieselgel) auf der unteren Oberfläche des Chips verwendet werden, und eine bestimmte Kontaktfläche kann beibehalten werden, um das Gerät zu dispergieren.

Verbindung von Bauteil und Substrat

(1) Minimieren Sie die Länge der Bauteilleitungen;

(2) Bei der Auswahl von Hochleistungskomponenten sollte die Wärmeleitfähigkeit des Bleimaterials berücksichtigt werden, und das Blei mit dem größten Querschnitt sollte so weit wie möglich ausgewählt werden;

(3) Wählen Sie Komponenten mit einer großen Anzahl von Stiften.

Auswahl der Ausrüstung Verpackung

(1) Achten Sie bei der Betrachtung des Wärmeableitungsdesigns bitte auf die Verpackungsanweisungen und die Wärmeleitfähigkeit der Komponenten;

(2) Es sollte erwogen werden, einen guten Wärmeweg zwischen dem Substrat und der Geräteverpackung zu schaffen;

(3) Lufttrennung sollte im Wärmeleitungspfad vermieden werden. In diesem Fall kann ein wärmeleitendes Material zum Befüllen verwendet werden.