電子設計 - PCB回路基板の放熱設計技術

1 .熱設計の重要性

電子機器用, 作動中に一定量の熱量が発生する, 装置の内部温度が急速に上昇するように. 熱が時間に消散されないならば, 機器は加熱し続ける, そして、デバイスは過熱のために失敗するでしょう. 電子機器性能の信頼性は低下する. したがって, その上で良い放熱処理を行うことは非常に重要です 回路基板.

第二に、プリント回路基板の温度上昇要因の解析

プリント基板の温度上昇の直接原因は回路消費電力デバイスの存在による。電子デバイスはすべての程度に電力消費を有し、加熱強度は電力消費の大きさによって変化する。

プリント板の温度上昇現象

（1）局所温度上昇又は大面積温度上昇；

(2) Short-term temperature rise or long-term temperature rise. 解析する場合 PCB 熱消費量, それは、一般的に以下の局面から分析されます.

2.1電力消費量

（1）単位面積当たりの消費電力を分析する。

2）pcb上の消費電力分布を解析した。

2.2プリント板の構造

（1）プリント板のサイズ；

2）プリント基板の材料。

2.3プリントボードをインストールする方法

（1）垂直設置、水平設置等の設置方法。

2）シール状態及びケーシングからの距離。

2.4の熱放射

プリント板表面の放射率

2）プリント板と隣接面との温度差とその絶対温度

2.5熱伝導

（1）ラジエータを設置する。

2）他の設置構造部品の導通。

2.6熱対流

自然対流

2）強制冷却対流。

プリント基板の温度上昇を解決するためには，pcbからの因子の解析が有効である。これらの要因はしばしば関連していて、製品とシステムで互いに依存します。その要因の多くは，実際の状況に応じて解析する必要があり，具体的には，温度上昇や消費電力などのパラメータをより正確に計算あるいは推定できる。

PCB熱設計の3つの方法

1 PCBボード自体を通しての放熱

現在、広く使用されているPCBボードは、銅クラッド／エポキシガラス布基板またはフェノール樹脂ガラスクロス基板であり、少量のペーパーベースの銅クラッド板が使用されている。これらの基板は優れた電気的性質及び加工性を有しているが、それらは熱放散性が悪い。高発熱部品の放熱経路としては、PCB自体の樹脂からの熱が熱を伝導することを期待することはほとんど不可能であるが、部品の表面から周囲の空気に熱を放散することはほとんど不可能である。しかしながら、電子製品は、部品の小型化、高密度実装、高加熱アセンブリの時代に入ったため、熱を放散させるために非常に小さな表面積を有する部品の表面に依存するのに十分ではない。同時に、QFPやBGAなどの表面実装部品の広範な使用により、部品によって発生した大量の熱がPCB基板に転写される。したがって、放熱の問題を解決する最良の方法は、PCB基板を通して、加熱素子と直接接触するPCB自体の放熱能力を向上させることである。伝わる。

2高発熱成分プラスラジエータ及び熱伝導板

PCB内の少数の部品が大量の熱を発生する場合（3未満）、ヒートシンク又はヒートパイプを加熱装置に加えることができる。温度を低下させることができない場合には、ファン付きヒートシンクを用いて放熱効果を高めることができる。加熱装置の数が多い場合（3以上）には、PCB上の加熱装置の位置及び高さに応じてカスタマイズされた特殊ヒートシンク、又は異なる部品高さ位置を切り出した大きな平坦なヒートシンクである大きな放熱カバー（ボード）を使用することができる。放熱カバーは、部品の表面に一体的に座屈し、各部品と接触して放熱する。しかし，部品の組立や溶接時の高さの整合性が悪いため，放熱効果は良くない。通常、熱放散効果を改善するために、柔らかい熱相変化熱パッドが、コンポーネントの表層に添加される。

3自由対流空気冷却を採用する装置には、集積回路（または他のデバイス）を垂直または水平に配置することがベストである。

4放熱を達成するために、合理的な配線設計を使用してください

プレート内の樹脂は熱伝導性が悪く、銅箔のラインや穴は熱伝導性が良いので、銅箔の残留率を増し、熱伝導性ホールを増加させることが熱放散の主要な手段である。

pcbの放熱能力を評価するためには，pcbの絶縁基板とは異なる熱伝導率をもつ種々の材料からなる複合材料の等価熱伝導率（9 eq）を計算する必要がある。

5同じプリント基板上のデバイスは、発熱量および熱放散度に応じて可能な限り配置されるべきである。空気の流れの最上部（入口）には、発熱量の少ないデバイスや小さな耐熱性（例えば、小さな信号トランジスタ、小型集積回路、電解コンデンサ等）が設置されるべきである。そして、冷却空気流の最下段には、大きな熱または熱抵抗（パワートランジスタ、大規模集積回路など）を有するデバイスが配置される。

水平方向において、高出力デバイスは、熱伝達経路を短くするために可能な限りプリント板のエッジの近くに置かれる垂直方向において、これらのデバイスが働いているときに、高出力デバイスは他のデバイスの温度を減らすために可能な限りプリントボードの最上部に配置される。影響。

7装置内のプリント基板の熱放散は主に空気の流れに依存するので、空気流路は設計中に検討され、デバイスまたはプリント回路基板は合理的に構成されるべきである。空気が流れると、常に低抵抗の場所で流れやすい傾向にあるので、プリント回路基板上のデバイスを構成するとき、あるエリアに大きな空域を残すのを避ける。マシン全体の複数のプリント回路基板の構成は、同じ問題にも注意を払うべきである。

温度感受性デバイスは、最も低い温度領域（デバイスの底のような）に最もよく配置される。決して直接加熱装置の上に置きます。水平面に複数のデバイスを停滞させるのがベストです。

9最も高い電力消費と熱放散のために最高の位置の近くで最も高い熱発生をもつ構成要素を手配してください。ヒートシンクがそれの近くに配置されない限り、プリント基板の角と周辺端に高加熱装置を置かないでください。電源抵抗器を設計するとき、できるだけ多くの装置を選んでください、そして、それがプリント板のレイアウトを調節するとき、それが熱放散のために十分なスペースを持つようにしてください。

10 The RF power amplifier or LED PCB 金属ベース基板を採用する.

11ホットスポットの濃度を避ける PCB, 均等に力を分配する PCB 板 as much as possible, そして、 PCB 表面温度性能は均一で一貫性がある. 設計プロセス中に厳密な均一分布を達成することは困難である, しかし、ホットスポットが回路全体の正常な動作に影響を及ぼすのを防ぐために、高出力密度を有する領域を避ける必要がある. できれば, 印刷回路の熱効率を解析する必要がある. 例えば, 専門家に追加された熱効率指標分析ソフトウェアモジュール PCB 設計ソフトウェアは設計者が回路設計を最適化するのを助ける.