Technologie PCB - Facteur d'élévation de température et de dissipation de chaleur PCB

La chaleur générée par l'électronique pendant son fonctionnement entraîne une augmentation rapide de la température interne de l'appareil. Si la chaleur n'est pas dissipée à temps, l'appareil continuera à se réchauffer, l'appareil échouera en raison de la surchauffe et la fiabilité de l'électronique sera réduite. Il est donc très important de réaliser un traitement de dissipation thermique de la carte de circuit imprimé.

Analyse des facteurs d'augmentation de la température des circuits imprimés

La raison directe de l'augmentation de la température de la carte PCB est la présence de dispositifs de consommation d'énergie du circuit, le niveau de consommation d'énergie de l'électronique est différent, l'intensité de chauffage varie avec la taille de la consommation d'énergie.

Deux phénomènes d'élévation de température dans les 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.

Dans l'analyse du travail thermique de la carte PCB prend du temps et est généralement analysé à partir des aspects suivants.

1. Consommation électrique

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

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

2. Structure du circuit imprimé

(1) la taille de la carte PCB;

(2) Matériel de substrat de PCB.

3. Comment installer une carte de circuit imprimé

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

(2) Conditions d'étanchéité et distance de l'enceinte.

4. Rayonnement thermique

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

2° la différence de température entre le circuit imprimé et la surface adjacente et sa température absolue;

5. Conduction thermique

(1) installer un radiateur;

(2) conduction d'autres structures installées.

6. Convection thermique

(1) convection naturelle;

(2) convection par refroidissement forcé.

L'analyse des facteurs ci - dessus du point de vue de la carte de circuit imprimé est une voie efficace pour résoudre l'augmentation de la température de la carte de circuit imprimé. Ces facteurs sont souvent liés et dépendants les uns des autres dans les produits et les systèmes. La plupart des facteurs doivent être analysés en fonction de la situation réelle. Seuls des cas pratiques spécifiques permettent de calculer ou d'estimer plus précisément des paramètres tels que la hausse de température et la consommation d'énergie.

Méthode de dissipation thermique de carte PCB

1. Unité de production de chaleur élevée plus radiateur, plaque conductrice de chaleur

Lorsqu'un petit nombre d'éléments de la carte PCB produisent beaucoup de chaleur (moins de 3), un radiateur ou un caloduc peut être ajouté à l'élément chauffant. 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'unités de chauffage est important (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'unité de chauffage sur la carte PCB, ou de grandes plaques plates pour la dissipation de chaleur, avec des emplacements d'éléments de différentes hauteurs découpés sur l'unité. Le couvercle dissipateur de chaleur est intégralement encliqueté sur la surface des composants, en contact avec chaque composant pour dissiper la chaleur. Cependant, la dissipation de chaleur est mauvaise en raison de la faible consistance du niveau élevé lors de l'assemblage et du soudage des composants. Généralement, un tampon thermique doux à changement de phase thermique est ajouté à la surface de l'assemblage pour améliorer l'effet de dissipation de chaleur.

2. Dissipation de chaleur par la carte PCB elle - même

Les cartes de circuits imprimés couramment utilisées à l'heure actuelle sont des substrats en tissu de verre recouvert de cuivre / époxy ou des substrats en tissu de verre en résine phénolique, ainsi qu'une petite quantité de plaques de cuivre recouvertes de papier. Bien que ces substrats présentent d'excellentes propriétés électriques et d'usinage, leur dissipation thermique est médiocre. En tant que méthode de dissipation de chaleur pour les composants à haute production de chaleur, il est presque impossible de s'attendre à ce que la résine de la carte PCB elle - même dissipe la chaleur, mais dissipe plutôt la chaleur de la surface du composant dans l'air environnant. Cependant, à mesure que l'électronique entre dans l'ère de la miniaturisation des composants, de l'installation à haute densité et de l'assemblage à haute production de chaleur, il ne suffit pas de s'appuyer uniquement sur des surfaces de composants de très petite surface pour dissiper la chaleur. Dans le même temps, en raison de l'utilisation à grande échelle de composants montés en surface tels que qfp et BGA, la chaleur générée par les composants est transférée en grande quantité sur la carte PCB. Par conséquent, la meilleure façon de résoudre le problème de la dissipation thermique est d'améliorer la capacité de dissipation thermique du PCB lui - même qui est en contact direct avec l'élément chauffant. Le circuit imprimé conduit ou rayonne.

3. Adoptez la conception raisonnable de câblage pour réaliser la dissipation thermique

Comme la résine dans la feuille est moins conductrice thermique et que les fils et les trous de la Feuille de cuivre sont de bons conducteurs thermiques, l'amélioration du taux résiduel de la Feuille de cuivre et l'augmentation des trous conducteurs thermiques sont les principaux moyens de dissipation de la chaleur.

Pour évaluer la capacité de dissipation thermique d'une carte de circuit imprimé, il est nécessaire de calculer la conductivité thermique équivalente (neuf équivalents) d'un matériau composite composé de différents matériaux de conductivité thermique différente, comme substrat isolant de la carte de circuit imprimé.

4. Pour les appareils utilisant le refroidissement par air à convection libre, il est préférable d'aligner les circuits intégrés (ou d'autres appareils) verticalement ou horizontalement.

5. Les dispositifs sur une même carte de circuit imprimé doivent être disposés, dans la mesure du possible, en fonction de leur pouvoir calorifique et de leur degré de dissipation thermique. Les dispositifs produisant peu de chaleur ou présentant une faible résistance à la chaleur (tels que les petits Transistors de signal, les petits circuits intégrés, les condensateurs électrolytiques, etc.) doivent être placés le plus en amont (entrée) du flux d'air de refroidissement, et les dispositifs produisant de la chaleur ou présentant une faible résistance à La chaleur (tels que les transistors de puissance, les grands circuits intégrés, etc.) doivent être placés le plus en aval (entrée) du flux d'air de refroidissement.

6. Dans le sens horizontal, les dispositifs de haute puissance sont disposés le plus près possible du bord de la carte de circuit imprimé pour raccourcir le chemin de transfert de chaleur; Dans la direction verticale, les dispositifs de forte puissance sont disposés le plus près possible du Haut de la carte de circuit imprimé afin de réduire l'impact de ces dispositifs sur les autres dispositifs. Influence de la température.

7. Les dispositifs sensibles à la température sont mieux placés dans la zone où la température est la plus basse (par exemple, au fond du dispositif). Ne le placez jamais directement au - dessus du dispositif de chauffage. Il est préférable de décaler plusieurs appareils sur un plan horizontal.

8. La dissipation de chaleur de la carte de circuit imprimé dans l'équipement repose principalement sur le flux d'air, donc lors de la conception devrait étudier le chemin du flux d'air, configurer raisonnablement l'équipement ou la carte de circuit imprimé. Lorsque l'air circule, il a toujours tendance à circuler là où la résistance est faible, de sorte que lors de la configuration de l'appareil sur une carte de circuit imprimé, évitez de laisser un grand espace dans une certaine zone. Le même problème doit être noté pour la configuration de plusieurs cartes de circuit imprimé dans toute la machine.

9. Évitez la concentration de points chauds sur la carte de circuit imprimé PCB, distribuez l'alimentation électrique uniformément sur la carte de circuit imprimé PCB autant que possible, Gardez la performance de la température de surface de la carte de circuit imprimé PCB uniforme et cohérente. 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 des indicateurs d'efficacité thermique ajouté à certains logiciels professionnels de conception de cartes PCB peut aider les concepteurs à optimiser la conception de circuits.

10. Placez l'équipement avec la consommation d'énergie et la production de chaleur la plus élevée près de l'emplacement optimal pour la dissipation de chaleur. Ne placez pas d'appareils à forte production de chaleur dans les coins et les bords périphériques de la carte de circuit imprimé, à moins qu'il n'y ait des radiateurs à proximité.lors de la conception des résistances de puissance, choisissez des appareils plus grands autant que possible et laissez - les suffisamment d'espace pour dissiper la chaleur lors du réglage de la disposition de la carte de circuit imprimé.

11. Lors de la connexion des pièces de dissipateur de chaleur élevé avec le substrat, la résistance thermique entre eux doit être réduite autant que possible. Pour mieux répondre aux exigences de caractérisation thermique, on peut utiliser un matériau conducteur de la chaleur (tel qu'une couche de silicone conducteur de la chaleur) sur la face inférieure de la puce et conserver une certaine surface de contact pour la dissipation de chaleur du dispositif.

12. Raccordement du dispositif au substrat:

(1) Minimiser la longueur de fil de l'équipement;

(2) lors du choix d'un dispositif de haute puissance, il faut tenir compte de la conductivité thermique du matériau de la sonde et, si possible, essayer de choisir la sonde dont la section est la plus grande;

(3) Choisissez un appareil avec plus de broches.

13. Choix de l'emballage de l'équipement:

(1) lors de l'examen de la conception thermique, faites attention à la description de l'emballage de l'appareil et à sa conductivité thermique;

(2) Envisager de fournir un bon chemin de conduction thermique entre le substrat et le boîtier du dispositif;

(3) La séparation de l'air dans le chemin de conduction thermique doit être évitée. Si tel est le cas, le remplissage peut être effectué avec un matériau conducteur de la chaleur.