Leiterplattentechnisch - einige Methoden des thermischen Designs von Leiterplatten

1 Wärmeableitung durch die Leiterplatte sich selbst

At present, die weit verbreitete Leiterplatten are copper-clad/Epoxidglastuchsubstrate oder Phenolharzglastuchsubstrate, und eine kleine Menge von papierbasierten kupferplattierten Platten verwendet werden. Obwohl diese Substrate ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften haben, sie/Sie haben schlechte Wärmeableitung. Als Wärmeableitungspfad für hocherhitzende Bauteile, Es ist fast unmöglich, Wärme aus dem Harz der PCB um Wärme zu leiten, aber um Wärme von der Oberfläche des Bauteils an die Umgebungsluft abzuleiten. Allerdings, als elektronische Produkte in die Ära der Miniaturisierung von Komponenten eingetreten sind, Montage mit hoher Dichte, und Hochheizungsmontage, Es reicht nicht aus, sich auf die Oberfläche eines Bauteils mit einer sehr kleinen Oberfläche zu verlassen, um Wärme abzuleiten. Zur gleichen Zeit, durch den umfangreichen Einsatz von Oberflächenbauteilen wie QFP und BGA, Eine große Menge an Wärme, die von den Komponenten erzeugt wird, wird an die Leiterplatte. Daher, Der beste Weg, das Problem der Wärmeableitung zu lösen, ist, die Wärmeableitungskapazität des PCB itself, das in direktem Kontakt mit dem Heizelement steht, durch die Leiterplatte. Zu senden 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 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.

3 Für Ausrüstung, die freie Konvektionsluftkühlung annimmt, it is best to arrange integrated circuits (or other devices) vertically or horizontally.

4 Verwenden Sie angemessenes Verdrahtungsdesign, um Wärmeableitung zu erreichen

Weil das Harz in der Platte eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, und die Kupferfolienlinien und Löcher sind gute Wärmeleiter, Erhöhung der Restrate der Kupferfolie und Erhöhung der Wärmeleitungslöcher sind die wichtigsten Mittel der Wärmeableitung.

Um die Wärmeableitungskapazität des PCB, it is necessary to calculate the equivalent thermal conductivity (nine eq) of the composite material composed of various materials with different thermal conductivity-the insulating substrate for the PCB.

5 Die Geräte auf derselben Leiterplatte sollten so weit wie möglich nach ihrem Heizwert und Grad der Wärmeableitung angeordnet sein. Devices with low calorific value or poor heat resistance (such as small signal transistors, kleine integrierte Schaltungen, Elektrolytkondensatoren, etc.) should be placed in cooling At the top of the airflow (at the entrance), devices with large heat or heat resistance (such as power transistors, große integrierte Schaltkreise, etc.) are placed at the most downstream of the cooling airflow.

6 In horizontaler Richtung, Hochleistungsgeräte werden so nah wie möglich an der Kante der Leiterplatte platziert, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen; in vertikaler Richtung, Hochleistungsgeräte werden 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 sollte der Luftstrompfad während des Entwurfs untersucht werden, und das Gerät oder die Leiterplatte sollte angemessen konfiguriert sein. Wenn Luft strömt, Es neigt immer dazu, an Stellen mit geringem Widerstand zu fließen, also bei der Konfiguration von Geräten auf der Leiterplatte, Vermeiden Sie das Verlassen eines großen Luftraums in einem bestimmten Gebiet. Die Konfiguration mehrerer Leiterplatten in der gesamten Maschine sollte auch auf das gleiche Problem achten.

8. The temperature-sensitive device is best placed in the lowest temperature area (such as the bottom of the device). 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, 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 der Leiterplatte anpassen.

10 Der HF-Leistungsverstärker oder LED PCB nimmt ein metallisches Basissubstrat an.
11 Vermeiden Sie die Konzentration von Hot Spots auf der PCB, Verteilen Sie die Leistung gleichmäßig auf die Leiterplatte so viel wie möglich, und behalten die PCB gleichmäßige und gleichmäßige Oberflächentemperaturleistung. 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 kann Designern helfen, das Schaltungsdesign zu optimieren.
Vier, summary
3.1 Material selection
(1) The temperature rise of the conductors of the printed board due to the passing current plus the specified ambient temperature should not exceed 125 degree Celsius (commonly used typical value. It may be different depending on the selected board). Da die auf der Leiterplatte verbauten Bauteile auch etwas Wärme abgeben, die die Arbeitstemperatur beeinflusst, Diese Faktoren sollten bei der Materialauswahl und beim Design der Leiterplatte berücksichtigt werden. Die Hotspot-Temperatur sollte 125 Grad Celsius nicht überschreiten. Choose thicker copper clad as much as possible
(2) In special cases, auf Aluminiumbasis, auf keramischer Basis, und andere Platten mit niedrigem Wärmewiderstand können ausgewählt werden.
(3) The multi-layer board structure is helpful for Thermodesign für Leiterplatten.

3.2 Ensure that the heat dissipation channel is unblocked
(1) Make full use of the components arrangement, Kupferhaut, Fensteröffnung und Wärmeableitungslöcher, um einen vernünftigen und effektiven Kanal mit niedrigem Wärmewiderstand zu etablieren, um sicherzustellen, dass die Wärme reibungslos an die PCB.
(2) The setting of heat dissipation through holes Design some heat dissipation through holes and blind holes, die den Wärmeableitungsbereich effektiv erhöhen und den thermischen Widerstand verringern kann, und erhöhen Sie die Leistungsdichte der Leiterplatte. Zum Beispiel, Einrichtung über Löcher an den Pads von LCCC-Geräten. Löt füllt es im Schaltkreis Produktionsprozess, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen. Die während des Schaltungsbetriebs erzeugte Wärme kann schnell auf die Metallwärmeableitungsschicht oder das Kupferpad auf der Rückseite durch die Durchgangslöcher oder Sacklöcher übertragen werden, die abgeführt werden sollen. In einigen spezifischen Fällen, Eine Leiterplatte mit einer Wärmeableitungsschicht ist speziell entworfen und verwendet. Das Wärmeableitungsmaterial ist im Allgemeinen Kupfer/Molybdän und andere Stoffe, z. B. Leiterplatten, die an einigen Modulnetzteilen verwendet werden.
(3) The use of thermally conductive materials In order to reduce the thermal resistance of the thermal conduction process, Wärmeleitfähige Materialien werden auf der Kontaktfläche zwischen der Vorrichtung mit hohem Stromverbrauch und dem Substrat verwendet, um die Wärmeleitungseffizienz zu verbessern.
(4) The process method is likely to cause local hoch temperature in some areas where the device is mounted on both sides. Zur Verbesserung der Wärmeableitungsbedingungen, Eine kleine Menge an kleinem Kupfer kann in die Lötpaste gemischt werden, und es wird eine bestimmte Menge von Lötstellen unter dem Gerät nach dem Reflow-Löten geben. high. Der Abstand zwischen dem Gerät und der Leiterplatte wird vergrößert, und die Konvektionswärmeableitung wird erhöht.

3.3 Anforderungen an die Anordnung der Bauteile

(1) Perform software thermal analysis on PCB, und den internen maximalen Temperaturanstieg entwerfen und steuern;

(2) Es kann in Betracht gezogen werden, Komponenten mit hoher Hitze und Strahlung speziell auf einer Leiterplatte zu entwerfen und zu installieren;

(3) Die Wärmekapazität des Brettes ist gleichmäßig verteilt. Achten Sie darauf, Hochleistungskomponenten nicht konzentriert zu platzieren. Wenn dies unvermeidbar ist, stellen Sie die kurzen Komponenten vor den Luftstrom und sorgen Sie für einen ausreichenden Kühlluftstrom durch den Wärmeverbrauch konzentrierten Bereich;