Notizie PCB - Guida di progettazione di dissipazione di calore PCB ad alta potenza

Che tu stia usando elettronica di potenza, sistemi embedded, apparecchiature industriali o progettando una nuova scheda madre, devi affrontare l'aumento delle temperature nel tuo sistema. Il funzionamento continuo ad alta temperatura accorcerà la vita del circuito stampato e porterà anche al fallimento di alcuni punti chiave del sistema. Considerare la dissipazione del calore all'inizio del processo di progettazione per contribuire ad estendere la durata del circuito stampato e dei componenti.

La progettazione di dissipazione del calore inizia con la stima della temperatura di esercizio

Prima di iniziare un nuovo design, è necessario considerare la temperatura alla quale la scheda è in funzione, l'ambiente operativo della scheda e il consumo energetico dei componenti. Questi fattori lavorano insieme per determinare la temperatura di funzionamento del circuito stampato e dei componenti. Questo aiuterà anche a personalizzare le strategie di raffreddamento.

Posizionando il circuito stampato in una temperatura ambiente più elevata gli permetterà di trattenere più calore, quindi opererà a temperature più elevate. I componenti che dissipano più potenza richiederanno metodi di raffreddamento più efficienti per mantenere le temperature ai livelli stabiliti. Importanti standard industriali possono dettare la temperatura di componenti e substrati durante il funzionamento.

Prima di progettare politiche di gestione della dissipazione del calore, controllare le temperature di esercizio consentite dei componenti nella tabella dati e quelle specificate in importanti standard industriali. Il raffreddamento attivo e passivo deve essere combinato con il corretto layout della scheda per evitare danni alla scheda.

Raffreddamento attivo vs Raffreddamento passivo: qual è il giusto per la tua tavola?

Questa è una domanda importante per qualsiasi designer da considerare. Di solito, quando la temperatura ambiente è molto più bassa della temperatura di esercizio, effetto di raffreddamento passivo. Il gradiente termico tra il sistema e l'ambiente può essere grande, costringendo un maggior flusso di calore lontano dai componenti e dalla scheda stessa. L'uso di raffreddamento attivo, anche se la temperatura ambiente è più alta, secondo il sistema di raffreddamento attivo può fornire un migliore effetto di raffreddamento.

Raffreddamento passivo

Si dovrebbe tentare di livellare il raffreddamento passivo del componente attivo per consentire la distribuzione del calore allo strato di terra. Molti componenti attivi includono cuscinetti termici situati nella parte inferiore della confezione, che consentono di dissipare il calore alla formazione del terreno vicino attraverso il foro suturato. Questi fori di sutura poi si estendono al pad di rame sotto l'assemblea. Ci sono calcolatori PCB che possono essere utilizzati per stimare le dimensioni del pad di rame richiesto sotto il componente.

Ovviamente, il pad di rame sotto il componente non dovrebbe estendersi oltre il bordo del componente effettivo, in quanto ciò interferirebbe con il pad di montaggio superficiale o attraverso perni di foro. Se un singolo pad non riesce a ridurre la temperatura al livello desiderato, potrebbe essere necessario aggiungere un radiatore alla parte superiore del dispositivo per dissipare più calore. Per aumentare il flusso di calore nel radiatore può essere utilizzato anche un termopad o una pasta.

Il raffreddamento evaporativo è un'altra opzione. Tuttavia, i componenti di raffreddamento evaporativo sono ingombranti e quindi n

non adatto a molti sistemi. Se il sistema perde o si rompe, ci saranno perdite di liquido in tutta la piastra. A questo punto, il metodo di raffreddamento attivo può essere utilizzato per fornire lo stesso o migliore effetto di raffreddamento.

Dissipazione attiva del calore

Se è necessario ridurre ulteriormente la temperatura di componenti attivi come FPgas, CPUS o altri componenti attivi con alte velocità di commutazione, potrebbe essere necessario un raffreddamento attivo utilizzando una ventola quando il raffreddamento passivo non risolve il problema. I ventilatori non funzionano sempre a piena velocità, e a volte non si accendono. Componenti più caldi e componenti che generano più calore richiedono che i ventilatori funzionino più velocemente.

La ventola è rumorosa, perché il segnale PWM produrrà un certo rumore a causa dell'interruttore. La scheda di sviluppo avrà bisogno di un circuito per generare un segnale PWM per controllare la velocità della ventola e di un sensore per misurare la temperatura dei componenti rilevanti. Una ventola alimentata AC con un regolatore di commutazione elettronico genera anche EMI irradiato alla frequenza di commutazione base e a ciascuna delle armoniche superiori. Se si utilizza una ventola, il cablaggio nelle vicinanze dovrà avere un'adeguata soppressione del rumore/rifiuto del disturbo.

Anche sistemi di raffreddamento attivi come refrigerante o refrigerante possono essere utilizzati per fornire un raffreddamento sostanziale. Questa è una soluzione insolita perché richiede una pompa o un compressore per far scorrere il refrigerante o refrigerante attraverso il sistema. Ad esempio, i sistemi di raffreddamento ad acqua vengono utilizzati per raffreddare il gpus nei computer da gioco ad alte prestazioni.

Alcune semplici linee guida per la progettazione termica

Utilizzando lo strato di messa a terra sotto il percorso del segnale migliora l'integrità del segnale e la soppressione del rumore. Agisce anche come dissipatore di calore. Gli assemblaggi con cuscinetti termici estendono il foro di sutura verso il basso nello strato di terra, il che rende più facile per lo strato di terra dissipare il calore superficiale. Il calore generato nella traccia superficiale viene quindi prontamente dissipato nel sottosuolo.

I cavi che trasportano grande corrente, specialmente nei circuiti CC, dovranno avere un peso di rame più grande per dissipare la giusta quantità di calore sulla scheda. Ciò può richiedere un cavo più largo rispetto a quello utilizzato in apparecchiature ad alta velocità o ad alta frequenza. La geometria influisce sull'impedenza di cablaggio del segnale CA, il che significa che potrebbe essere necessario modificare lo stack per mantenere l'impedenza corrispondente ai valori definiti nello standard del segnale o nella componente sorgente/carico.

Attenzione al ciclo termico nel circuito stampato, poiché ripetuti cicli di temperatura tra valori alti e bassi possono causare l'accumulo di stress nei fori passanti e nei cavi, causando la rottura del tubo nei fori passanti con rapporti di aspetto elevati. Il ciclo prolungato può anche creare strati di tracce sullo strato superficiale, che possono danneggiare la tavola.