Tecnología de PCB - Análisis de los factores de aumento de la temperatura de la placa de circuito impreso y medidas de solución

Análisis de los factores de aumento de la temperatura de la placa de circuito impreso y medidas de solución

El calor generado por el dispositivo electrónico durante su funcionamiento puede provocar un rápido aumento de la temperatura en el interior del dispositivo. Si el calor no se disipa a tiempo, el Equipo seguirá calentándose, el equipo fallará debido al sobrecalentamiento y la fiabilidad del equipo electrónico se reducirá. Por lo tanto, es muy importante disipar el calor de la placa de circuito. ¡¡ aquí está el intercambio de experiencias relevantes organizadas por esta fábrica de PCB para usted!

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.

1. consumo de electricidad

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

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

2. estructura de la placa de circuito impreso

(1) tamaño de la placa de impresión;

(2) materiales para placas impresas.

3. cómo instalar una placa de circuito impreso

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

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

4. radiación térmica

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

(2) la diferencia de temperatura entre la placa de impresión y la superficie adyacente y su temperatura absoluta;

5. conducción térmica

(1) instalar radiadores;

(2) conducción de otros componentes estructurales de instalación.

6. convección térmica

(1) convección natural;

(2) convección de enfriamiento forzado.

Analizar los factores anteriores desde la perspectiva de la placa de circuito impreso es una forma efectiva de resolver el problema del aumento de temperatura de la placa de circuito impreso. 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 deben dirigirse a una situación real específica. Solo en este caso se pueden calcular o estimar con mayor precisión parámetros como el aumento de la temperatura y el consumo de energía.

Modo de disipación de calor de la placa de circuito

1. 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 puede agregar un disipador de calor o un tubo de calor al componente 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 cubierta de disipación de calor se abrocha en su conjunto en la superficie de los componentes 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.

2. 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 elementos de alto calor, es casi imposible esperar que el calor de la resina del propio PCB se transmita, sino que el calor se emita de la superficie del elemento al aire circundante. Sin embargo, a medida que los productos electrónicos entran 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.

3. adoptar un diseño de cableado razonable para lograr la disipación de calor

Debido a la mala conductividad térmica de la resina en la placa, los cables y agujeros de la lámina de cobre son buenos conductores térmicos, por lo que aumentar 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.

4. para los equipos refrigerados por aire de convección libre, es mejor organizar circuitos integrados (u otros equipos) verticalmente o horizontalmente.

5. el equipo en la misma placa de impresión debe 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 la parte superior del flujo de aire de refrigeración (en la entrada, Los dispositivos con gran generación de calor o buena resistencia al calor (como los Transistor de potencia, los grandes circuitos integrados, etc.) se encuentran en la parte inferior del flujo de aire de enfriamiento.

6. en dirección horizontal, los dispositivos de alta potencia deben estar lo más cerca posible del borde de la placa de impresión para acortar la ruta de transmisión de calor; En dirección vertical, el equipo de alta potencia debe estar lo más cerca posible de la parte superior de la placa de impresión para reducir la temperatura cuando otros equipos funcionan. Impacto

7. es mejor colocar el equipo sensible a la temperatura en la zona con la temperatura más baja (por ejemplo, en la parte inferior del equipo). No lo coloque directamente sobre el dispositivo de calentamiento. Es mejor escalonar varios equipos en el nivel.

8. 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.

9. evite que los puntos calientes se concentren en los PCB y distribuya la Potencia uniformemente en los PCB en la medida de lo posible para mantener el rendimiento de temperatura de la superficie de los PCB uniforme y consistente. Durante el proceso de diseño, suele ser difícil lograr una distribución estrictamente uniforme, 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.

10. organizar los equipos 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.

11. al conectar los radiadores altos al sustrato, la resistencia térmica entre ellos debe reducirse en la medida de lo posible. Para cumplir mejor los requisitos de las características térmicas, se pueden utilizar algunos materiales conductores de calor (como una capa de silicona térmica) en la parte inferior del CHIP y mantener una cierta superficie de contacto para que el dispositivo disipe el calor.

12. conexión entre el dispositivo y el sustrato:

(1) minimizar la longitud del cable del equipo;

(2) al seleccionar dispositivos de alta potencia, se debe considerar la conductividad térmica del material del cable y seleccionar la sección transversal máxima del cable en la medida de lo posible;

(3) elija un dispositivo con más pines.

13. selección del embalaje del equipo:

(1) al considerar el diseño térmico, se debe prestar atención a la descripción del embalaje del dispositivo y su conductividad térmica;

(2) considerar proporcionar una buena ruta de conducción de calor entre el sustrato y el paquete del dispositivo;

(3) el uso de tabiques de aire debe evitarse en la ruta de conducción de calor. En este caso, se puede rellenar con un material conductor térmico.