PCB Tecnico - La funzione di dissipazione del calore delle tecniche di progettazione PCB

Analisi dei fattori di aumento della temperatura dei circuiti stampati

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/coppia;

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.

2. Metodo di dissipazione del calore del circuito stampato

1). Alto generatore di calore più radiatore e piastra di conduzione del 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 del 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 QFP, BGA e altri componenti di montaggio superficiale, il calore generato dai componenti viene trasferito alla scheda PCB in una grande quantità. Pertanto, un buon modo 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 e condurlo attraverso la scheda PCB. Esci o manda fuori.

3). Utilizzare la progettazione ragionevole del cablaggio per realizzare 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 termicamente conduttivi 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 libera, i circuiti integrati (o altri dispositivi) dovrebbero essere disposti verticalmente o orizzontalmente. 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 piccolo potere calorifico o scarsa resistenza al calore (come piccoli transistor di segnale, 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.

Nella direzione orizzontale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile al bordo della scheda stampata per accorciare il percorso di trasferimento del calore; in direzione verticale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile alla parte superiore della scheda stampata per ridurre la temperatura di altri dispositivi quando questi dispositivi funzionano. Impatto. I dispositivi più sensibili alla temperatura devono essere posizionati nella zona di temperatura più bassa (come il fondo del dispositivo). Non posizionarlo direttamente sopra il dispositivo di riscaldamento. I dispositivi multipli sono disposti in un piano orizzontale sfalsato. 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.

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 del 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.