PCB Tecnico - Analisi dei fattori di aumento della temperatura dei circuiti stampati e delle soluzioni

Analisi dei fattori di aumento della temperatura dei circuiti stampati e delle soluzioni

Il calore generato dalle apparecchiature elettroniche durante il funzionamento provoca un rapido aumento della temperatura interna dell'apparecchiatura. Se il calore non viene dissipato nel tempo, l'apparecchiatura continuerà a riscaldarsi, il dispositivo fallirà a causa del surriscaldamento e l'affidabilità dell'apparecchiatura elettronica diminuirà. Pertanto, è molto importante dissipare il calore dal circuito stampato. Di seguito è riportata la condivisione dell'esperienza pertinente organizzata da questa fabbrica di PCB per voi!

La causa diretta dell'aumento della temperatura della scheda stampata è dovuta all'esistenza di dispositivi di consumo energetico del circuito. Tutti i dispositivi elettronici hanno un consumo energetico variabile e l'intensità di riscaldamento varia con la dimensione del consumo energetico.

Due fenomeni di aumento della temperatura nelle schede stampate:

(1) aumento della temperatura locale o aumento della temperatura della grande area;

(2) Aumento della temperatura a breve termine o aumento della temperatura a lungo termine.

Quando si analizza il consumo di energia termica PCB, viene generalmente analizzato dai seguenti aspetti.

1. Consumo di energia elettrica

(1) Analizzare il consumo energetico per unità di area;

(2) Analizzare la distribuzione del consumo energetico sul circuito stampato PCB.

2. La struttura del cartone stampato

(1) La dimensione del cartone stampato;

(2) Il materiale del cartone stampato.

3. Come installare il bordo stampato

(1) metodo di installazione (come installazione verticale, installazione orizzontale);

(2) Lo stato di tenuta e la distanza dall'involucro.

4. Radiazioni termiche

(1) l'emissività della superficie del cartone stampato;

(2) la differenza di temperatura tra il bordo stampato e le superfici adiacenti e la loro temperatura assoluta;

5. Conduzione termica

(1) Installare il radiatore;

(2) Conduzione di altre parti strutturali dell'installazione.

6. Convezione termica

(1) convezione naturale;

(2) Convezione forzata di raffreddamento.

L'analisi dei fattori sopra menzionati dal PCB è un modo efficace per risolvere l'aumento di temperatura della scheda stampata. Questi fattori sono spesso correlati e dipendenti l'uno dall'altro in un prodotto e sistema. La maggior parte dei fattori dovrebbe essere analizzata in base alla situazione reale, e solo per una situazione reale specifica. Solo in questa situazione si possono calcolare o stimare più accuratamente parametri quali l'aumento della temperatura e il consumo energetico.

Metodo di dissipazione del calore del circuito stampato

1. Componenti ad alta generazione di calore più radiatore e piastra conduttrice di calore

Quando un piccolo numero di componenti nel PCB genera una grande quantità di calore (meno di 3), un radiatore o un tubo termico può essere aggiunto al componente riscaldante. Quando la temperatura non può essere abbassata, un radiatore con un ventilatore può essere utilizzato per migliorare l'effetto di dissipazione del calore. Quando il numero di dispositivi di riscaldamento è grande (più di 3), può essere utilizzato un grande coperchio di dissipazione del calore (scheda), che è uno speciale dissipatore di calore personalizzato in base alla posizione e all'altezza del dispositivo di riscaldamento sul PCB o su un grande dissipatore di calore piatto Tagliare diverse posizioni di altezza dei componenti. Il coperchio di dissipazione del calore è interamente fibbiato sulla superficie del componente ed è a contatto con ogni componente per dissipare il calore. Tuttavia, l'effetto di dissipazione del calore non è buono a causa della scarsa consistenza dell'altezza durante il montaggio e la saldatura dei componenti. Di solito, un cuscinetto termico morbido di cambiamento di fase viene aggiunto sulla superficie del componente per migliorare l'effetto di dissipazione del calore.

2. dissipazione di calore attraverso la scheda PCB stessa

Attualmente, le schede PCB ampiamente utilizzate sono substrati in tessuto di vetro epossidico o substrati in tessuto di vetro resina fenolica e viene utilizzata una piccola quantità di schede rivestite di rame a base di carta. Sebbene questi substrati abbiano eccellenti proprietà elettriche e proprietà di lavorazione, hanno scarsa dissipazione del calore. Come percorso di dissipazione del calore per componenti ad alto riscaldamento, è quasi impossibile aspettarsi che il calore dalla resina del PCB stesso conduca il calore, ma dissipa il calore dalla superficie del componente all'aria circostante. Tuttavia, poiché i prodotti elettronici sono entrati nell'era della miniaturizzazione dei componenti, del montaggio ad alta densità e dell'assemblaggio ad alto riscaldamento, non è sufficiente affidarsi alla superficie di un componente con una superficie molto piccola per dissipare il calore. Allo stesso tempo, a causa dell'ampio uso di componenti per montaggio superficiale come QFP e BGA, una grande quantità di calore generato dai componenti viene trasferita alla scheda PCB. Pertanto, il modo migliore per risolvere il problema della dissipazione del calore è migliorare la capacità di dissipazione del calore del PCB stesso, che è a contatto diretto con l'elemento riscaldante, attraverso la scheda PCB. Da trasmettere o emettere.

3. Utilizzare la progettazione ragionevole del cablaggio per raggiungere la dissipazione del calore

Poiché la resina nella piastra ha scarsa conducibilità termica e le linee e i fori della lamina di rame sono buoni conduttori di calore, aumentando il tasso residuo della lamina di rame e aumentando i fori di conduzione del calore sono il mezzo principale di dissipazione del calore.

Per valutare la capacità di dissipazione del calore del PCB, è necessario calcolare la conducibilità termica equivalente (nove eq) del materiale composito composto da vari materiali con conduttività termica diversa-il substrato isolante per il PCB.

4. per le apparecchiature che adottano il raffreddamento ad aria a convezione libero, è meglio organizzare i circuiti integrati (o altri dispositivi) verticalmente o orizzontalmente.

5. I dispositivi sulla stessa scheda stampata devono essere disposti per quanto possibile in base al loro potere calorifico e al grado di dissipazione del calore. Dispositivi con basso potere calorifico o scarsa resistenza al calore (come transistor di segnale piccoli, circuiti integrati su piccola scala, condensatori elettrolitici, ecc.) devono essere posizionati Il flusso più alto del flusso d'aria di raffreddamento (all'ingresso), e i dispositivi con grande generazione di calore o buona resistenza al calore (come transistor di potenza, circuiti integrati su larga scala, ecc.) sono posizionati nella parte più bassa del flusso d'aria di raffreddamento.

6. in direzione orizzontale, i dispositivi ad alta potenza dovrebbero essere posizionati il più vicino possibile al bordo del cartone stampato per accorciare il percorso di trasferimento del calore; in direzione verticale, i dispositivi ad alta potenza dovrebbero essere posizionati il più vicino possibile alla parte superiore della scheda stampata per ridurre la temperatura di altri dispositivi quando questi sono in funzione. Impatto.

7. Il dispositivo sensibile alla temperatura è posizionato meglio nella zona di temperatura più bassa (come il fondo del dispositivo). Non posizionarlo mai direttamente sopra il dispositivo di riscaldamento. È meglio sfalsare più dispositivi sul piano orizzontale.

8. La dissipazione del calore del bordo stampato nell'apparecchiatura dipende principalmente dal flusso d'aria, quindi il percorso del flusso d'aria dovrebbe essere studiato durante la progettazione e il dispositivo o il circuito stampato dovrebbe essere ragionevolmente configurato. Quando l'aria scorre, tende sempre a fluire in luoghi con bassa resistenza, quindi quando si configurano dispositivi su un circuito stampato, evitare di lasciare un ampio spazio aereo in una certa area. Anche la configurazione di più circuiti stampati in tutta la macchina dovrebbe prestare attenzione allo stesso problema.

9. Evitare la concentrazione di punti caldi sul PCB, distribuire il potere uniformemente sulla scheda PCB il più possibile e mantenere le prestazioni della temperatura superficiale PCB uniformi e coerenti. Spesso è difficile ottenere una distribuzione uniforme rigorosa durante il processo di progettazione, ma le aree con densità di potenza troppo elevata devono essere evitate per evitare che i punti caldi influenzino il normale funzionamento dell'intero circuito. Se possibile, è necessario analizzare l'efficienza termica del circuito stampato. Ad esempio, il modulo software di analisi dell'indice di efficienza termica aggiunto in alcuni software professionali di progettazione PCB può aiutare i progettisti a ottimizzare la progettazione del circuito.

10. Disporre i dispositivi con il più alto consumo energetico e la più alta generazione di calore vicino alla posizione migliore per la dissipazione del calore. Non posizionare dispositivi ad alto riscaldamento sugli angoli e sui bordi periferici della scheda stampata, a meno che non sia disposto un dissipatore di calore vicino ad essa.

11. Quando si collegano i dispositivi ad alta dissipazione del calore al substrato, la resistenza termica tra di loro dovrebbe essere ridotta il più possibile. Per soddisfare meglio i requisiti delle caratteristiche termiche, alcuni materiali termoconduttivi (come l'applicazione di uno strato di gel di silice termico) possono essere utilizzati sulla superficie inferiore del chip e una certa area di contatto è mantenuta per il dispositivo per dissipare il calore.

12. Il collegamento tra il dispositivo e il substrato:

(1) Cercare di accorciare la lunghezza del cavo del dispositivo;

(2) Quando si selezionano i dispositivi ad alta potenza, si dovrebbe considerare la conducibilità termica del materiale di piombo e si dovrebbe selezionare la sezione trasversale più grande del piombo per quanto possibile;

(3) Scegliere un dispositivo con più pin.

13. Selezione del pacchetto del dispositivo:

(1) Quando si considera la progettazione termica, prestare attenzione alla descrizione del pacchetto del dispositivo e alla sua conducibilità termica;

(2) considerare di fornire un buon percorso di conduzione del calore tra il substrato e il pacchetto del dispositivo;

(3) Le divisioni dell'aria dovrebbero essere evitate nel percorso di conduzione del calore. In questo caso, i materiali termoconduttori possono essere utilizzati per il riempimento.