PCBニュース - 高出力PCB放熱設計ガイド

パワーエレクトロニクスを使用しているかどうか, 組み込みシステム, 産業機器, または新しいマザーボードの設計, あなたのシステムの温度上昇に対処する必要があります. 連続高温作動は プリント回路基板 生命, そして、システムのいくつかの重要なポイントの失敗にもつながる. 回路基板及び部品の寿命を延ばすために、設計プロセスにおいて早期に放熱を考慮する.

熱放散設計は動作温度を推定することから始まる

新しいデザインを始める前に、ボードが動いている温度、ボードの操作環境、およびコンポーネントの電力消費を考慮する必要があります。これらの要因は回路基板および部品の動作温度を決定するために一緒に働く。これはまた、冷却戦略をカスタマイズするのに役立ちます。

回路基板をより高い周囲温度に配置することは、より多くの熱を保持することを可能にするので、より高い温度で動作する。より多くの力を放散する成分は、温度を設定レベルで保つためにより効率的な冷却方法を必要とするでしょう。重要な工業規格は、動作中の構成要素及び基板の温度を指示することができる。

熱放散管理方針を設計する前に、データ表および重要な工業規格で指定されたもののコンポーネントの許容動作温度をチェックしてください。アクティブおよびパッシブクーリングは、ボードに損傷を防ぐために、正しいボードレイアウトと組み合わせる必要があります。

アクティブ冷却対パッシブクーリング：あなたのボードの右は何ですか？

これはどんなデザイナーにとっても重要な質問です。通常、周囲温度が動作温度よりもはるかに低いとき、パッシブクーリング効果。システムと環境の間の熱勾配は大きくありえます。そして、より大きな熱流をあなたの構成要素と板自体から遠ざけます。アクティブな冷却の使用は、アクティブな冷却システムによると、周囲温度が高い場合でも、より良い冷却効果を提供することができます。

パッシブクーリング

熱が接地層に分配されるのを可能にするために、能動コンポーネントの受動冷却を平らにする試みがなされるべきである。多くの能動部品は、パッケージの底部に配置されたヒートパッドを含み、加熱された穴を通って近くの接地形成に放熱される。これらの縫合穴は、それからアセンブリの下で銅パッドまで延びる。PCBの計算機は、コンポーネントの下に必要な銅パッドのサイズを推定するために使用することができます。

明らかに、コンポーネントの下の銅パッドは、表面実装パッドまたはスルーホールピンに干渉するので、実際の構成要素の縁を越えて延びるべきではない。単一のパッドが所望のレベルに温度を下げることができない場合、放熱器は、より多くの熱を放散するためにデバイスの上部に追加される必要がある。放熱器またはペーストは、また、放熱器に熱流束を増やすために用いることができる。

蒸発冷却は別のオプションです。しかし、蒸発冷却成分は嵩高であり、したがってN

多くのシステムに適したotシステムが漏れるか、壊れるならば、プレート全体に流体漏れがあります。この時点で、アクティブ冷却方法を使用して、同じ冷却効果を得ることができる。

アクティブ放熱

もし、FPGAのような能動部品の温度をさらに高速にする必要があるならば、パッシブクーリングが問題を解決しない場合、ファンを使用するアクティブ冷却が必要になるかもしれない。ファンは、フルスピードで常に実行しないでください、そして、時々、彼らはターンさえしないかもしれません。より多くの熱を発生させる熱いコンポーネントやコンポーネントは、ファンが速く実行する必要があります。

PWM信号がスイッチのために若干の雑音を生じるので、ファンは騒々しいです。開発ボードは、ファン速度を制御するためのPWM信号を生成する回路と、関連するコンポーネントの温度を測定するセンサを必要とする。電子切替コントローラを有するAC駆動ファンは、ベーススイッチング周波数および各高調波において放射EMIを生成する。ファンが使用されるならば、近くの配線アセンブリは適切な雑音抑制/妨害除去を必要とするでしょう。

冷却材または冷媒のような能動冷却システムは、また、実質的な冷却を提供するために用いることができる。これは、冷却装置または冷媒をシステムに流すためのポンプまたは圧縮機を必要とするので、異常な解決策である。例えば、水冷システムは高性能ゲームコンピュータのGPUを冷却するために使用される。

いくつかの簡単な熱設計指針

信号経路の下に接地層を用いると信号の完全性と雑音の抑制が改善される。また、ヒートシンクとして機能します。熱パッドを有するアセンブリは、地面レイヤーに縫合穴を下に広げます。そして、それは地上層が表面熱を放散するのをより簡単にします。表面トレースで生成された熱は、その後、容易に表面下に放散される。

特にDC回路において大きな電流を流すワイヤは、基板上の適切な量の熱を放散するためにより大きな銅重量を有する必要がある。これは、高速又は高周波機器において典型的に使用されるよりも広いワイヤを必要とする。ジオメトリは、AC信号の配線インピーダンスに影響を及ぼし、これは、信号標準またはソース／負荷成分において定義された値に一致するインピーダンスを保つためにスタックを変更する必要があることを意味する。

高および低値の間の繰り返された温度サイクリングとして、回路基板の熱サイクリングに注意してください、そして、ストレスはスルーホールおよび配線において、上がることができる。これは、高いアスペクト比を有するスルーホールのパイプ破損を引き起こす可能性があります。長時間のサイクリングはまた、ボードを損傷することができる表面層上のトレース層を作成することができます。