Conception électronique - Conseils de conception de dissipation thermique de carte PCB

1. L'importance de la conception thermique

Pour l'électronique, une certaine quantité de chaleur est générée pendant le fonctionnement, ce qui permet à la température interne de l'appareil d'augmenter rapidement. Si la chaleur ne se dissipe pas à temps, l'appareil continuera à chauffer et l'appareil échouera en raison de la surchauffe. Les performances de fiabilité des appareils électroniques vont diminuer. Il est donc très important d'avoir un bon traitement de dissipation thermique de la carte.

Deuxièmement, l'analyse du facteur d'élévation de température de la carte de circuit imprimé

La cause directe de l'augmentation de la température de la carte de circuit imprimé est la présence de dispositifs consommateurs d'énergie du circuit. Les appareils électroniques ont tous différents degrés de consommation d'énergie, et l'intensité du chauffage varie avec l'ampleur de la consommation d'énergie.

Deux phénomènes de montée en température des circuits imprimés:

(1) élévation de température locale ou élévation de température de grande surface;

(2) augmentation de la température à court terme ou augmentation de la température à long terme. L'analyse du travail thermique des PCB prend du temps et est généralement effectuée à partir des aspects suivants.

2.1 consommation électrique

(1) Analyser la consommation d'énergie par unité de surface;

(2) Analyser la distribution de la consommation d'énergie sur le PCB.

2.2 structure du circuit imprimé

(1) les dimensions de la carte de circuit imprimé;

(2) Matériel de la carte de circuit imprimé.

2.3 Comment installer une carte de circuit imprimé

(1) Méthode d'installation (p. ex. installation verticale, installation horizontale);

(2) Conditions d'étanchéité et distance du manchon.

2.4 rayonnement thermique

(1) l'émissivité de la surface de la carte de circuit imprimé;

(2) différence de température entre la carte de circuit imprimé et la surface adjacente et sa température absolue

2.5 conduction thermique

(1) installer un radiateur;

(2) conduction d'autres composants structurels installés.

2.6 convection thermique

(1) convection naturelle;

(2) convection par refroidissement forcé.

L'analyse des facteurs ci - dessus à partir d'un PCB est un moyen efficace de résoudre le problème de l'augmentation de la température des plaques d'impression. Dans un produit et un système, ces facteurs sont souvent interconnectés et dépendants. La plupart des facteurs doivent être analysés en fonction de la situation réelle, et les paramètres tels que l'élévation de température et la consommation d'énergie ne peuvent être calculés ou estimés plus précisément que pour une situation réelle spécifique.

Iii. Quelques méthodes de conception thermique de PCB

1 dissipation de chaleur par la carte PCB elle - même

À l'heure actuelle, la carte PCB largement utilisée est un substrat en tissu de verre plaqué cuivre / époxy ou un substrat en tissu de verre en résine phénolique, une petite quantité de plaque de cuivre plaquée à base de papier est utilisée. Malgré leurs excellentes propriétés électriques et d'usinage, ces substrats présentent une mauvaise dissipation thermique. En tant que chemin de dissipation de chaleur pour les composants hautement générateurs de chaleur, il est presque impossible de s'attendre à ce que la chaleur de la résine provenant du PCB lui - même conduise la chaleur, mais plutôt la dissipe de la surface du composant dans l'air ambiant. Cependant, alors que l'électronique est entrée dans l'ère de la miniaturisation des composants, de l'installation à haute densité et de l'assemblage à haute température, il ne suffit pas de compter uniquement sur la dissipation de chaleur à la surface de composants de très petite surface. Dans le même temps, grâce à l'utilisation généralisée d'éléments montés en surface tels que qfp et BGA, une grande partie de la chaleur générée par ces éléments est transférée sur la carte PCB. Par conséquent, la meilleure façon de résoudre le problème de la dissipation de chaleur est d'améliorer la capacité de dissipation de chaleur du PCB lui - même qui est en contact direct avec l'élément chauffant via la carte PCB. Lancement, lancement.

2 pièces à haute production de chaleur plus radiateurs et plaques conductrices de chaleur

Quand un petit nombre de composants dans un PCB produit beaucoup de chaleur (moins de 3), un radiateur ou un caloduc peut être ajouté à un appareil de chauffage. Lorsque la température ne peut pas être abaissée, un radiateur avec ventilateur peut être utilisé pour améliorer la dissipation de chaleur. Lorsque le nombre d'appareils de chauffage est grand (plus de 3), il est possible d'utiliser de grands couvercles de dissipation de chaleur (plaques), qui sont des radiateurs spéciaux adaptés à la position et à la hauteur de l'appareil de chauffage sur le PCB, ou de grands radiateurs plats. Le couvercle dissipateur de chaleur est intégralement encliqueté sur la surface des composants et dissipe la chaleur au contact de chaque composant. Cependant, la dissipation de chaleur est médiocre en raison de la faible consistance des composants lors de l'assemblage et du soudage. Généralement, un tampon thermique doux à changement de phase thermique est ajouté à la surface de l'élément pour améliorer l'effet de dissipation de chaleur.

3 pour les appareils refroidis par air à convection libre, il est préférable de disposer les circuits intégrés (ou autres appareils) verticalement ou horizontalement.

4 adoptez la conception raisonnable de câblage pour réaliser la dissipation de chaleur

En raison de la mauvaise conductivité thermique de la résine dans la plaque, tandis que les fils et les trous de la Feuille de cuivre sont de bons conducteurs thermiques, l'augmentation du taux résiduel de la Feuille de cuivre et des trous conducteurs de chaleur est le principal moyen de dissiper la chaleur.

Pour évaluer la capacité de dissipation thermique d'un PCB, il est nécessaire de calculer la conductivité thermique équivalente (neuf équivalents) d'un matériau composite composé de divers matériaux ayant des conductivités thermiques différentes - le substrat isolant du PCB.

5 les appareils d'une même plaque d'impression doivent, dans la mesure du possible, être disposés en fonction de leur pouvoir calorifique et du degré de dissipation de la chaleur. Les appareils à faible pouvoir calorifique ou à faible résistance thermique (par exemple, les petits Transistors de signal, les petits circuits intégrés, les condensateurs électrolytiques, etc.) doivent être placés à l'état de refroidissement. La partie la plus haute (entrée) du flux gazeux, Et des dispositifs présentant une grande résistance thermique (par example des transistors de puissance, des circuits intégrés à grande échelle, etc.) sont placés dans la partie la plus basse du flux d'air de refroidissement.

6 dans le sens horizontal, le dispositif de forte puissance est placé le plus près possible du bord de la plaque d'impression pour raccourcir le trajet de transfert de chaleur; Dans la direction verticale, les dispositifs de forte puissance sont placés le plus près possible du Haut de la plaque d'impression pour abaisser la température des autres dispositifs lorsque ces dispositifs fonctionnent. Impact

7 la dissipation de chaleur de la carte de circuit imprimé dans l'équipement repose principalement sur le flux d'air, de sorte que le chemin du flux d'air doit être étudié lors de la conception et que l'équipement ou la carte de circuit imprimé est raisonnablement configuré. Lorsque l'air circule, il a toujours tendance à circuler là où la traînée est faible, de sorte que lors de la configuration de l'appareil sur une carte de circuit imprimé, évitez de laisser un grand espace aérien dans une certaine zone. La configuration de plusieurs cartes de circuit imprimé dans une machine entière doit également prêter attention aux mêmes problèmes.

8. L'équipement sensible à la température est le mieux placé dans la zone de température la plus basse (par exemple, le bas de l'équipement). Ne le placez jamais directement au - dessus du dispositif de chauffage. Il est préférable de placer plusieurs appareils en quinconce sur un plan horizontal.

9 Placez les composants qui consomment le plus d'énergie et génèrent le plus de chaleur près de l'emplacement optimal pour la dissipation de chaleur. Ne placez pas de dispositifs à haute chaleur dans les coins et les bords périphériques de la plaque d'impression, à moins qu'il n'y ait des radiateurs à proximité. Lors de la conception des résistances de puissance, choisissez des dispositifs plus grands autant que possible et laissez - les suffisamment d'espace pour dissiper la chaleur lorsque vous ajustez La disposition de la plaque d'impression.

10 amplificateur de puissance RF ou PCB LED avec base métallique.

11 Évitez la concentration des points chauds sur le PCB, Répartissez la puissance uniformément sur la carte PCB autant que possible, maintenez la performance de la température de surface du PCB uniformément et uniformément. Il est souvent difficile d'obtenir une distribution strictement uniforme lors de la conception, mais les zones où la densité de puissance est trop élevée doivent être évitées pour éviter que les points chauds n'affectent le bon fonctionnement de l'ensemble du circuit. Si possible, il est nécessaire d'analyser l'efficacité thermique du circuit imprimé. Par exemple, le module logiciel d'analyse d'indicateurs d'efficacité thermique ajouté à certains logiciels de conception de circuits imprimés professionnels peut aider les concepteurs à optimiser la conception de leurs circuits.