Leiterplattentechnisch - Die Wärmeableitungsfunktion von PCB-Designtechniken

Analyse der Temperaturanstiegsfaktoren von gedruckten 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.

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.

1. Stromverbrauch

(1) Analysieren Sie den Stromverbrauch pro Einheitsfläche;

(2) Analysieren Sie die Verteilung des Stromverbrauchs auf der 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 Absoluttemperatur/Paartemperatur;

5. Wärmeleitung

(1) Einbau des Heizkörpers;

(2) Durchführung anderer baulicher Teile der Anlage.

6. Thermische Konvektion

(1) Natürliche Konvektion;

(2) Erzwungene Kühlkonvektion.

2. Verfahren zur Wärmeableitung der Leiterplatte

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 Heizkörper oder ein Wärmerohr zur Heizkomponente hinzugefügt werden. Wenn die Temperatur nicht gesenkt werden kann, kann ein Heizkörper 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 PCB Brett 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 die von den Komponenten erzeugte Wärme aufgrund des umfangreichen Einsatzes von QFP, BGA und anderen Oberflächenmontagekomponenten in großer Menge auf die Leiterplatte übertragen. Daher ist eine gute Möglichkeit, das Problem der Wärmeableitung zu lösen, die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte selbst zu verbessern, die in direktem Kontakt mit dem Heizelement steht, und sie durch die Leiterplatte zu leiten. Geh raus oder schick raus.

3). Verwenden Sie vernünftiges 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 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.

4. Für Ausrüstung, die freie Konvektionsluftkühlung annimmt, the integrated circuits (or other devices) should be arranged vertically or horizontally.Die Geräte auf dem gleichen bedruckte Pappe sollten so weit wie möglich nach ihrem Heizwert und Grad der Wärmeableitung angeordnet sein. Devices with small calorific value or poor heat resistance (such as small signal transistors, kleine integrierte Schaltungen, Elektrolytkondensatoren, etc.) should be placed The uppermost flow of the cooling airflow (at the entrance), and the devices with large heat generation or good heat resistance (such as power transistors, große integrierte Schaltkreise, etc.) are placed at the lowermost part of the cooling airflow.

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. Geräte, die empfindlicher auf Temperatur reagieren, sollten im Bereich der niedrigsten Temperatur platziert werden (z. B. unten am Gerät). Stellen Sie es nicht direkt über das Heizgerät. Mehrere Geräte sind in einer versetzten horizontalen Ebene angeordnet. 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.

Vermeiden Sie die Konzentration von Hot Spots auf der PCB, Verteilen Sie die Leistung gleichmäßig auf die Leiterplatte as much as possible, 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.