PCB Tecnico - Aumento della temperatura del PCB e fattori di dissipazione del calore

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 condurre il trattamento di dissipazione del calore sul circuito stampato.

Analisi dei fattori di aumento della temperatura dei circuiti stampati

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

Due fenomeni di aumento della temperatura nei circuiti stampati:

(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 del circuito stampato, 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.

2. La struttura del circuito stampato

(1) La dimensione della scheda PCB;

(2) Materiali per substrato PCB.

3.How installare il circuito stampato

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

(2) Lo stato di tenuta e la distanza dal caso.

4.Radiazioni termiche

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

(2) la differenza di temperatura tra il circuito stampato e la superficie adiacente e la loro temperatura assoluta;

5. Conduzione del calore

(1) Installare un radiatore;

(2) Conduzione di altre strutture di installazione.

6. Convezione termica

(1) convezione naturale;

(2) Convezione forzata di raffreddamento.

L'analisi dei fattori di cui sopra dal circuito stampato è un modo efficace per risolvere l'aumento di temperatura del circuito stampato. 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. Solo una specifica situazione reale può essere calcolata con maggiore precisione o stimata parametri quali aumento della temperatura e consumo energetico.

Metodo di dissipazione del calore del circuito stampato PCB

1. High generatore di calore più radiatore, piastra conduttrice di calore

Quando un piccolo numero di componenti nel circuito stampato 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 una ventola 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 un dissipatore di calore speciale personalizzato in base alla posizione e all'altezza del dispositivo di riscaldamento sul circuito stampato PCB o una grande piastra piana per dissipazione del calore Taglia diverse posizioni di altezza dei componenti sul dispositivo. 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 il circuito stampato PCB stesso

I circuiti stampati PCB attualmente ampiamente utilizzati sono substrati in tessuto di vetro epossidico o substrati in tessuto di vetro resina fenolica, così come 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 metodo di dissipazione del calore per componenti ad alto riscaldamento, è quasi impossibile aspettarsi calore dalla resina del circuito stampato stesso, ma dissipare 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'uso su larga scala di componenti per montaggio superficiale come QFP e BGA, il calore generato dai componenti viene trasferito al circuito stampato in una grande quantità. Pertanto, il modo migliore per risolvere la dissipazione del calore è migliorare la capacità di dissipazione del calore del PCB stesso che è a contatto diretto con l'elemento riscaldante. Il circuito stampato conduce o irradia.

3.Use progettazione ragionevole del cablaggio per realizzare la dissipazione di calore

Poiché la resina nel foglio ha scarsa conducibilità termica e le linee e i fori della lamina di rame sono buoni conduttori di calore, aumentando il tasso rimanente 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 di un circuito stampato PCB, è necessario calcolare la conducibilità termica equivalente (nove eq) di un materiale composito composto da vari materiali con diversa conducibilità termica-un substrato isolante per un circuito stampato 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 sullo stesso circuito stampato dovrebbero essere disposti per quanto possibile in base al loro potere calorifico e al grado di dissipazione del calore. I dispositivi con piccolo potere calorifico o scarsa resistenza al calore (come transistor di segnale piccoli, circuiti integrati su piccola scala, condensatori elettrolitici, ecc.) devono essere posizionati al flusso più alto (ingresso) del flusso d'aria di raffreddamento, i dispositivi con grande resistenza al calore o al calore (come transistor di potenza, circuiti integrati su larga scala, ecc.) sono posizionati al più lontano a valle del flusso d'aria di raffreddamento.

6. Nella direzione orizzontale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile al bordo del circuito stampato per accorciare il percorso di trasferimento di calore; in direzione verticale, i dispositivi ad alta potenza sono disposti il più vicino possibile alla parte superiore del circuito stampato per ridurre l'impatto di questi dispositivi su altri dispositivi. L'influenza della temperatura.

7. Il dispositivo sensibile alla temperatura è posizionato meglio nell'area 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 circuito 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 circuito stampato PCB, distribuire il potere uniformemente sul circuito stampato PCB il più possibile e mantenere le prestazioni uniformi e costanti della temperatura superficiale del circuito stampato. 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 del circuito stampato può aiutare i progettisti a ottimizzare la progettazione del circuito.

10.Disporre i dispositivi con il più alto consumo energetico e generazione di calore vicino alla posizione migliore per dissipazione di 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 con il 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 uno strato di gel di silice termoconduttivo) possono essere utilizzati sulla superficie inferiore del chip e una certa area di contatto può essere mantenuta per il dispositivo per dissipare il calore.

12.Connection tra dispositivo e 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, se possibile, cercare di scegliere la sezione trasversale più grande del piombo;

(3) Scegliere un dispositivo con più pin.

13.Package selezione 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) La separazione dell'aria dovrebbe essere evitata nel percorso di conduzione del calore. Se questo è il caso, i materiali termicamente conduttivi possono essere utilizzati per il riempimento.