Noticias de PCB - Diseño térmico de placas de PCB

1. importancia del diseño de PCB sensibles al calor

Además del trabajo útil, la mayor parte de la energía eléctrica consumida por los dispositivos electrónicos se convierte en emisiones térmicas. El calor generado por los dispositivos electrónicos hace que la temperatura interna aumente rápidamente. Si el calor no se disipa a tiempo, el Equipo seguirá calentándose, los componentes fallarán debido al sobrecalentamiento y la fiabilidad del equipo electrónico disminuirá. El SMT aumenta la densidad de instalación de los equipos electrónicos, reduce el área de enfriamiento efectiva y afecta seriamente la fiabilidad del aumento de temperatura del equipo. Por lo tanto, es muy importante estudiar el diseño térmico.

2. análisis de los factores de aumento de la temperatura de la placa de circuito impreso

La razón directa del aumento de la temperatura de los PCB es la existencia de dispositivos de potencia de circuito, los dispositivos electrónicos tienen diferentes grados de consumo de energía, y la intensidad de calentamiento varía con el consumo de energía.

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

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

(2) aumento de temperatura a corto plazo o aumento de temperatura a largo plazo.

En el análisis de la potencia térmica de los pcb, generalmente se analizan desde los siguientes aspectos.

2.1 consumo de electricidad

(1) análisis del consumo de electricidad por unidad de superficie;

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

2.2 estructura de la placa de circuito impreso

(1) tamaño de la placa de impresión;

(2) materiales de tablero impreso.

2.3 método de instalación de la placa de circuito impreso

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

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

2.4 radiación térmica

(1) coeficiente de radiación de la superficie de la placa impresa;

(2) la 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 instalados.

2.6 convección térmica

(1) convección natural;

(2) convección de enfriamiento forzado.

El análisis de los factores anteriores a partir de los PCB es una forma eficaz de resolver el aumento de temperatura de la placa de circuito impreso. por lo general, en un producto y sistema, estos factores están interrelacionados y dependientes. la mayoría de los factores deben analizarse de acuerdo con la situación real. solo para una situación real específica se pueden calcular o estimar correctamente parámetros como el aumento de temperatura y el consumo de energía.

3. principios de diseño térmico

3.1 selección de materiales

(1) el aumento de temperatura causado por la corriente eléctrica a través del cable de PCB más la temperatura ambiente prescrita no debe exceder los 125 grados centígrados (valor típico común). Depende de la placa seleccionada). Debido a que los componentes instalados en la placa de impresión también emiten algo de calor, lo que afecta la temperatura de trabajo, estos factores deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar el material y diseñar la placa de impresión. La temperatura del punto caliente no debe exceder los 125 grados centígrados. Si es posible, elija una lámina de cobre más gruesa.

(2) en circunstancias especiales, se pueden elegir pequeñas barreras térmicas como bases de aluminio y bases cerámicas.

(3) el uso de la estructura de varias capas favorece el diseño térmico de los pcb.

3.2 garantizar la fluidez del canal de disipación de calor

(1) aprovechar al máximo la disposición de los componentes, la piel de cobre, las ventanas y los agujeros de enfriamiento para establecer canales razonables y efectivos de baja resistencia térmica para garantizar que el calor se pueda exportar sin problemas a los pcb.

(2) configuración del agujero de disipación de calor

El diseño de algunos agujeros de disipación de calor y agujeros ciegos puede mejorar efectivamente el área de disipación de calor, reducir la resistencia térmica y aumentar la densidad de potencia de la placa de circuito. Por ejemplo, se instalan agujeros de soldadura en el dispositivo lccc. Durante la producción del circuito, se rellena la soldadura para mejorar la conductividad térmica, y el calor generado durante el funcionamiento del circuito se puede transmitir rápidamente a la capa de disipación de calor del metal o a los moles de cobre dispuestos en la parte posterior. En algunos casos específicos, placas de circuito con capas de disipación de calor especialmente diseñadas y utilizadas, el material de disipación de calor suele ser cobre / molibdeno y otros materiales, como la placa impresa utilizada en algunas fuentes de alimentación modulares.

(3) uso de materiales conductores de calor

Para reducir la resistencia térmica durante la conducción de calor, se utilizan materiales conductores de calor en la superficie de contacto entre el dispositivo de alta potencia y el sustrato para mejorar la eficiencia de la conducción de calor.

(4) método de proceso

Para mejorar las condiciones de disipación de calor, se puede mezclar una pequeña cantidad de cobre fino en la pasta de soldadura, y el punto de soldadura debajo del dispositivo después de la soldadura de retorno tendrá cierta altura. La brecha entre el equipo y la placa de impresión ha aumentado, lo que ha aumentado la disipación de calor por convección.

3.3 requisitos de diseño de componentes

(1) realizar análisis térmicos de software de los pcb, diseñar y controlar el aumento máximo de temperatura interna;

(2) los componentes con alto calentamiento y alta radiación pueden diseñarse especialmente para instalarse en placas de impresión;

(3) la capacidad de calor de la placa se distribuye uniformemente. Tenga cuidado de no concentrarse en la distribución de grandes equipos de consumo de energía. Si es inevitable, los componentes altos deben colocarse aguas arriba del flujo de aire y asegurarse de que el aire de refrigeración suficiente fluya a través de la zona de concentración de consumo de calor;

(4) hacer que la ruta de transferencia de calor sea lo más corta posible;

(5) hacer que la sección transversal de transferencia de calor sea lo más grande posible;

(6) la disposición de los componentes debe tener en cuenta el impacto de la radiación térmica en los componentes circundantes. Los elementos y componentes sensibles al calor (incluidos los dispositivos semiconductores) deben mantenerse alejados de la fuente de calor o el aislamiento;

(7) (medio líquido) es mejor mantenerse alejado de la fuente de calor;

(8) preste atención a la misma dirección de ventilación obligatoria y ventilación natural;

(9) el conducto de aire de la placa y el dispositivo adjuntos es consistente con la dirección de ventilación;

(10) mantener una distancia suficiente entre la entrada y el escape en la medida de lo posible;

(11) el dispositivo de calefacción debe colocarse por encima del producto en la medida de lo posible y debe estar en la ruta del flujo de aire cuando las condiciones lo permitan;

(12) los componentes con alto calor o alta corriente no deben colocarse en las esquinas y bordes de la placa de impresión, deben instalarse en el disipador de calor en la medida de lo posible y mantenerse alejados de otros equipos, y garantizar que el canal de disipación de calor esté abierto sin obstáculos;

(13) (pequeños periféricos de amplificador de señal) trate de utilizar pequeños equipos de deriva de temperatura;

(14) utilizar un Gabinete o Gabinete metálico para disipar el calor en la medida de lo posible.

3.4 Requisitos de cableado

(1) selección de placas (diseño racional de la estructura de placas de circuito impreso);

(2) reglas de cableado;

(3) planificar el ancho mínimo del canal de acuerdo con la densidad de corriente del dispositivo; Preste especial atención al cableado del Canal en la conexión;

(4) las líneas de gran corriente deben ser lo más superficiales posible; En caso de que no se cumplan los requisitos, se puede considerar el uso de autobuses;

(5) minimizar la resistencia térmica de la superficie de contacto. Por lo tanto, se debe aumentar el área de conducción de calefacción; La superficie de Contacto debe ser plana y lisa, y se puede aplicar silicona caliente si es necesario;

(6) el punto de tensión térmica debe considerar medidas de equilibrio de tensión y líneas gruesas;

(7) se debe utilizar el método de apertura de ventanas de piel de cobre de disipación de calor, y el método de apertura de ventanas de soldadura de resistencia de disipación de calor debe adoptarse adecuadamente;

(8) esto depende del posible uso de láminas de cobre de gran superficie;

(9) los agujeros de instalación a tierra en la placa de impresión utilizan juntas más grandes, haciendo pleno uso de los pernos de instalación y la lámina de cobre en la superficie de la placa de impresión para disipar el calor;

(10) coloque los agujeros metálicos tanto como sea posible, y la superficie del agujero y el disco sea lo más grande posible, confiando en los agujeros para ayudar a disipar el calor;

(11) dispositivo complementario para la disipación de calor del equipo;

(12) no utilizar el método de radiadores adicionales por razones económicas cuando se pueda garantizar una gran superficie de la lámina de cobre;

(13) calcular el área adecuada de lámina de cobre refrigerada en superficie (tjà (0,5 a 0,8) tjmax) de acuerdo con el consumo de energía del equipo, la temperatura ambiente y la temperatura máxima permitida de unión.