Leiterplattentechnisch - Wärmeableitungsbehandlung der Leiterplatte und Ursachenanalyse!

Die Wärme, die von elektronischen Geräten während des Betriebs erzeugt wird, verursacht, dass die Innentemperatur der Ausrüstung schnell ansteigt. Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt wird, die Ausrüstung wird sich weiter aufheizen, Das Gerät schlägt aufgrund von Überhitzung fehl, und die Zuverlässigkeit der elektronischen Ausrüstung wird abnehmen. Daher, Es ist sehr wichtig, Wärme aus dem Leiterplatte.

1. Analysis of temperature rise factors of Leiterplatten

   
   

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.

2.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.

1. Stromverbrauch

(1) Analysieren Sie den Stromverbrauch pro Einheitsfläche;

(2) Analyze the distribution of power consumption on the Leiterplatte.

2. Die Struktur der gedruckten Pappe

(1) die Größe der Leiterplatte;

(2) Das Material der Leiterplatte.

3. Wie man die Leiterplatte installiert

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

(2) Die Dichtungszustand und der Abstand vom Gehäuse.

4. Thermische Strahlung

(1) Der Emissionsgrad der Leiterplattenoberfläche;

(2) Temperaturunterschied zwischen der Leiterplatte und angrenzenden Oberflächen und deren absolute Temperatur;

5. Wärmeleitung

(1) Einbau des Heizkörpers;

(2) Durchführung anderer baulicher Teile der Anlage.

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.

2. Leiterplatte Verfahren zur Wärmeableitung

1. Hochwärmeerzeugende Vorrichtung 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 sie steht 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.

2. Wärmeableitung durch die Leiterplatte itself

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.

3. Verwenden Sie angemessenes Verdrahtungsdesign, um Wärmeableitung zu realisieren

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 Wärmeleitungslöcher 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.

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

5. Die Geräte auf derselben Leiterplatte sollten so weit wie möglich nach ihrem Heizwert und Grad der Wärmeableitung angeordnet sein. Geräte mit geringem Heizwert oder schlechter Hitzebeständigkeit (wie kleine Signaltransistoren, kleine integrierte Schaltkreise, Elektrolytkondensatoren usw.) sollten platziert werden. Der oberste Strom des Kühlluftstroms (am Eingang), und die Geräte mit großer Wärmeerzeugung oder guter Wärmebeständigkeit (wie Leistungstransistoren, großflächigen integrierten Schaltkreisen usw.) sind am unteren Teil des Kühlluftstroms platziert.

6. In horizontaler Richtung sind Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Kante der Leiterplatte angeordnet, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen; In vertikaler Richtung sind Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, um die Temperatur anderer Geräte zu senken, wenn diese Geräte funktionieren. Aufprall.

7. Geräte, die empfindlicher auf Temperatur sind, werden am besten im Bereich der niedrigsten Temperatur (wie der Unterseite des Geräts) platziert. Stellen Sie es nicht direkt über das Heizgerät. Es ist am besten, mehrere Geräte auf der horizontalen Ebene zu stagnieren.

8. 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 strömen. 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.

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

10. Die Geräte mit dem höchsten Stromverbrauch und der höchsten Wärmeerzeugung in der Nähe der besten Position für die Wärmeableitung anordnen. Stellen Sie keine Hochheizgeräte an den Ecken und Randkanten des bedruckte Pappe, es sei denn, ein Kühlkörper ist in der Nähe angeordnet. Bei der Auslegung des Leistungswiderstands, Wählen Sie so viel wie möglich ein größeres Gerät, und machen Sie es haben genug Platz für Wärmeableitung, wenn Sie das Layout des bedruckte Pappe.

11. Geräte mit hoher Wärmeableitung sollten den thermischen Widerstand zwischen ihnen minimieren, wenn sie mit dem Substrat verbunden sind. Um die Anforderungen an die thermischen Eigenschaften besser zu erfüllen, some thermal conductive materials (such as a layer of thermally conductive silica gel) can be used on the bottom surface of the Chip, und eine bestimmte Kontaktfläche kann aufrechterhalten werden, damit das Gerät Wärme ableitet.

12. Verbindung zwischen Gerät und Substrat:

(1) Versuchen Sie, die Bleilänge des Geräts zu verkürzen;

(2) Bei der Auswahl von Hochleistungsgeräten sollte die Wärmeleitfähigkeit des Bleimaterials berücksichtigt werden. Wenn möglich, versuchen Sie, den größten Querschnitt der Führung zu wählen;

(3) Wählen Sie ein Gerät mit mehr Pins.

13. Paketauswahl des Gerätes:

(1) Achten Sie bei der Erwägung des thermischen Designs auf die Packungsbeschreibung des Geräts und seine Wärmeleitfähigkeit;

(2) Erwägen Sie die Bereitstellung eines guten Wärmeleitweges zwischen dem Substrat und dem Gerätepaket;

(3) Lufttrennwände sollten im Wärmeleitungspfad vermieden werden. Ist dies der Fall, können wärmeleitende Materialien zur Befüllung verwendet werden.