Diseño electrónico - Habilidades de diseño de disipación de calor de la placa de circuito impreso

1. importancia del diseño térmico

Para los dispositivos electrónicos, se produce un cierto calor durante el funcionamiento, lo que hace que la temperatura interna del dispositivo aumente rápidamente. Si el calor no se disipa a tiempo, el Equipo seguirá calentándose y el equipo fallará debido al sobrecalentamiento. La fiabilidad y el rendimiento de los equipos electrónicos disminuirán. Por lo tanto, es muy importante llevar a cabo un buen tratamiento de disipación de calor de la placa de circuito.

En segundo lugar, análisis de los factores de aumento de temperatura de las placas de circuito impreso

La razón directa del aumento de la temperatura de la placa de circuito impreso es la existencia de dispositivos de consumo de energía del circuito. Los dispositivos electrónicos tienen diferentes grados de consumo de energía, y la intensidad del calentamiento varía con el tamaño del consumo de energía.

Dos fenómenos de aumento de la temperatura en la placa de circuito impreso:

(1) aumento de temperatura local o aumento de temperatura a gran escala;

(2) aumento de temperatura a corto plazo o aumento de temperatura a largo plazo. Al analizar el tiempo de trabajo térmico de los pcb, generalmente se analiza desde los siguientes aspectos.

2.1 consumo de electricidad

(1) analizar el consumo de energía por unidad de área;

(2) analizar la distribución del consumo de energía en los pcb.

2.2 estructura de la placa de circuito impreso

(1) tamaño de la placa de circuito impreso;

(2) materiales de placas de circuito impreso.

2.3 Cómo instalar una placa de circuito impreso

(1) métodos de instalación (como instalación vertical, instalación horizontal);

(2) condiciones de sellado y distancia de la manga.

2.4 radiación térmica

(1) la tasa de emisión de la superficie de la placa de circuito impreso;

(2) diferencia de temperatura entre la placa de circuito impreso y la superficie adyacente y su temperatura absoluta

2.5 conducción térmica

(1) instalar radiadores;

(2) conducción de otros componentes estructurales de instalación.

2.6 convección térmica

(1) convección natural;

(2) convección de enfriamiento forzado.

El análisis de los factores anteriores desde el PCB es una forma efectiva de resolver el problema del aumento de temperatura de la placa de impresión. En un producto y sistema, estos factores tienden a estar interrelacionados y dependientes. La mayoría de los factores deben analizarse en función de la situación real, y solo para una situación real específica se pueden calcular o estimar con mayor precisión parámetros como el aumento de la temperatura y el consumo de energía.

3. algunos métodos de diseño térmico de PCB

1 disipación de calor a través de la propia placa de PCB

En la actualidad, las placas de PCB ampliamente utilizadas son sustratos de tela de vidrio recubiertos de cobre / epoxidado o sustratos de tela de vidrio de resina novolak, y una pequeña cantidad de placas de cobre recubiertas a base de papel. Aunque estos sustratos tienen excelentes propiedades eléctricas y propiedades de procesamiento, su disipación de calor es pobre. Como ruta de disipación de calor de los componentes de alta fiebre, es casi imposible esperar que el calor de la resina del propio PCB se transmita, sino que el calor se emita de la superficie de los componentes al aire circundante. Sin embargo, a medida que los productos electrónicos han entrado en la era de la miniaturización de los componentes, la instalación de alta densidad y el montaje de alta calefacción, no es suficiente confiar únicamente en la disipación de calor de la superficie de los componentes con una superficie muy pequeña. Al mismo tiempo, debido al uso generalizado de componentes de montaje de superficie como qfps y bga, una gran cantidad de calor generado por estos componentes se transfiere a las placas de pcb. Por lo tanto, la mejor manera de resolver el problema de disipación de calor es mejorar la capacidad de disipación de calor del propio PCB en contacto directo con el elemento de calefacción a través de la placa de pcb. Lanzamiento, lanzamiento.

2 componentes de alta calefacción más radiadores y placas térmicas

Cuando un pequeño número de componentes en el PCB generan una gran cantidad de calor (menos de 3), se pueden agregar radiadores o tubos de calor al equipo de calefacción. Cuando la temperatura no se puede bajar, se puede utilizar un disipador de calor con ventilador para mejorar el efecto de disipación de calor. Cuando el número de equipos de calefacción es grande (más de 3), se pueden utilizar grandes tapas de disipación de calor (placas), que son radiadores especiales personalizados en función de la posición y altura del equipo de calefacción en el pcb, o grandes radiadores planos. se cortan diferentes posiciones de altura del componente. La tapa de disipación de calor se abrocha en su conjunto en la superficie del componente y entra en contacto con cada componente para disipar el calor. Sin embargo, debido a la baja consistencia de los componentes durante el montaje y la soldadura, el efecto de disipación de calor no es bueno. Por lo general, se agrega una almohadilla térmica de cambio de fase térmica suave a la superficie del elemento para mejorar el efecto de disipación de calor.

3 para los equipos que utilizan refrigeración por aire de convección libre, es mejor organizar circuitos integrados (u otros equipos) verticalmente o horizontalmente.

4 adoptar un diseño de cableado razonable para lograr la disipación de calor

Debido a la mala conductividad térmica de la resina en la placa, mientras que los cables y agujeros de cobre son buenos conductores térmicos, el aumento de la tasa residual y los agujeros de conducción térmica de la lámina de cobre es el principal medio de disipación de calor.

Para evaluar la capacidad de disipación de calor de los pcb, es necesario calcular la conductividad térmica equivalente (nueve equivalentes) de los materiales compuestos compuestos por varios materiales con diferentes conductividad térmica, el sustrato aislante de los pcb.

5 los equipos de la misma placa de impresión deben organizarse en la medida de lo posible en función de su valor calórico y grado de disipación de calor. Los equipos con bajo valor calórico o poca resistencia al calor (como pequeños Transistor de señal, pequeños circuitos integrados, condensadores electroliticos, etc.) deben colocarse en un Estado de enfriamiento. la parte superior del flujo de aire (entrada, Y los dispositivos con gran resistencia térmica o resistencia térmica (por ejemplo, Transistor de potencia, circuitos integrados a gran escala, etc.) se colocan en la parte inferior del flujo de aire de enfriamiento.

6 en dirección horizontal, los dispositivos de alta potencia se colocan lo más cerca posible del borde de la placa de impresión para acortar la ruta de transferencia de calor; En dirección vertical, los dispositivos de alta potencia se colocan lo más cerca posible de la parte superior de la placa de impresión para reducir la temperatura de otros dispositivos cuando estos dispositivos funcionan. Impacto

7 la disipación de calor de la placa de circuito impreso en el equipo depende principalmente del flujo de aire, por lo que la ruta del flujo de aire debe estudiarse en el diseño y el equipo o la placa de circuito impreso deben configurarse razonablemente. Cuando el aire fluye, siempre tiende a fluir donde la resistencia es baja, por lo que al configurar el equipo en la placa de circuito impreso, evite dejar un gran espacio aéreo en una determinada área. La configuración de varias placas de circuito impreso en toda la máquina también debe prestar atención al mismo problema.

8. es mejor colocar el equipo sensible a la temperatura en la zona de temperatura más baja (por ejemplo, en la parte inferior del equipo). No lo coloque directamente sobre el dispositivo de calentamiento. Es mejor colocar varios dispositivos escalonados en un plano horizontal.

9 organizar los componentes con mayor consumo de energía y mayor generación de calor cerca de la posición óptima de disipación de calor. No coloque dispositivos de alto calor en las esquinas y bordes periféricos de la placa impresa, a menos que haya un disipador de calor cerca. al diseñar resistencias de potencia, elija dispositivos lo más grandes posible y permita suficiente espacio de disipación de calor al ajustar el diseño de la placa impresa.

El amplificador de potencia de 10 radiofrecuencias o el PCB LED utilizan una base metálica.

11 evite que los puntos calientes se concentren en los PCB y distribuya la Potencia uniformemente en los PCB tanto como sea posible para mantener el rendimiento de temperatura de la superficie de los PCB uniforme y consistente. Por lo general, es difícil lograr una distribución estricta y uniforme durante el diseño, pero se deben evitar áreas con una densidad de potencia excesiva para evitar que los puntos calientes afecten el funcionamiento normal de todo el circuito. Si es posible, es necesario analizar la eficiencia térmica de los circuitos impresos. Por ejemplo, los módulos de software de análisis de indicadores de eficiencia térmica añadidos a algunos programas informáticos profesionales de diseño de PCB pueden ayudar a los diseñadores a optimizar el diseño de circuitos.