PCB技術 - PCB放熱設計技術

電子機器の信頼性が低下し、機器の過熱により電子機器が故障することもあります。そのため、回路基板の放熱設計処理は非常に重要である。

プリント基板、すなわちPCB基板は、回路原理図に基づいて、回路設計者が必要とする機能を実現する。PCBボードの設計にはレイアウトが含まれており、外部接続のレイアウト、内部電子部品の最適化レイアウト、金属接続と貫通孔の最適化レイアウト、電磁保護と放熱など、さまざまな要素を考慮する必要があります。

PCB温度上昇係数解析

プリント基板の温度上昇の直接的な原因は、回路電力消費デバイスの存在である。電子機器にはそれぞれの程度の消費電力があり、加熱強度は消費電力の大きさに応じて変化する。

プリント基板における2つの温度上昇現象：

（1）局所温度上昇又は大面積温度上昇

（2）短期温度上昇又は長期温度上昇

PCBプリント基板の温度上昇を高める方法は、製品やシステムにおいて相互に関連し、依存していることが多いため、多くの要素は実際の状況に基づいて分析すべきであり、具体的な実際の状況に対してのみ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または推定することができる。

基板放熱方法

したがって、PCB熱エネルギー消費を分析し、設計する際には、通常、以下の点からPCB放熱方法を解決し、設計を最適化する。

1.高発熱装置の放熱器、熱伝導板（管）

PCB中の少量のコンポーネントが大量の熱（3個未満）を発生する場合、加熱装置にヒートシンクまたはヒートパイプを追加することができる。温度を下げることができない場合は、ファン付きラジエータを使用して放熱効果を高めることができます。加熱装置の数が多い（3つ以上）場合は、PCB上の加熱装置の位置と高さに応じてカスタマイズされた特殊な放熱器（チューブ）、または大型平板放熱器を使用することができ、異なる高さのアセンブリ位置を切り出すことができます。放熱カバーはアセンブリの表面に全体的に掛けられ、各アセンブリと接触して放熱する。しかし、アセンブリの組み立てと溶接中の高さの一致性が悪いため、放熱効果はよくありません。近年、放熱効果を高めるために、一部の高熱素子の表面に軟熱相転移熱パッドが添加されている。

2.PCBボード自体による放熱

現在、広く使用されているPCB板は銅/エポキシガラスクロス基板またはフェノール樹脂ガラスクロス基板であり、紙製銅クロスを少量使用している。

これらの基板は優れた電気特性と加工性能を持っているが、放熱性は劣っている。高熱素子の放熱経路としては、PCB自体の樹脂熱伝導熱を期待することはほとんど不可能であり、素子表面から周囲の空気中に熱を放出する。しかし、電子製品が部品の小型化、高密度実装、高発熱組立の時代に入るにつれて、

非常に表面積の小さい部品表面だけでは放熱には不十分である。同時に、QFPやBGAなどの表面実装部品が広く使用されているため、部品から発生した大量の熱がPCBプレートに伝達されます。したがって、放熱問題を解決する最善の方法は、PCBプレートを介して加熱素子に直接接触するPCB自体の放熱能力を高めることである。伝播または放出されます。

3.合理的な配線設計を採用し、放熱を実現する

板材中の樹脂は熱伝導性が悪いため、銅箔線と孔は良好な熱伝導体であり、銅箔の残留率を増加させ、熱伝導孔を増加させることは放熱の主要な手段である。PCBの放熱能力を試験し、評価するためには、PCBの絶縁基板として、異なる熱伝導率を有する各種材料からなる複合材料の等価熱伝導率を計算する必要がある。

4.熱源分布が合理的で均一である

同じプリント基板上のコンポーネントは、できるだけ熱値と放熱度に基づいて配置する必要があります。低熱値または耐熱性の悪いデバイス（例えば、小信号トランジスタ、小型集積回路、電解コンデンサなど）は、冷却ガス流中に配置されるべきである。冷却ガス流の最下流には、電力トランジスタ、大型集積回路などの比較的大きな熱または耐熱性を有する機器が配置されている最上部のガス流（入口）。PCB上のホットスポットの集中を避け、できるだけ等価電力の素子をPCB板に均一に分布させ、PCB表面の温度性能を均一に一致させる。

5.熱伝導性材料を用いた熱抵抗の低減

高放熱素子は基板に接続する際に、それらの間の熱抵抗をできるだけ減らすべきである。熱特性の要求をよりよく満たすために、チップの底面に熱伝導性材料（例えば熱伝導性シリカゲル）を使用し、デバイスの放熱のために一定の接触面積を維持することができる。

6.デバイスと基板との接続

（1）設備のリード線の長さをできるだけ減らす

（2）高出力デバイスを選択する際には、リード材料の熱伝導性を考慮しなければならない。できればワイヤの最大断面を選択してください

（3）より多くのピンを持つデバイスの選択

7.設備包装材料の選択

（1）PCB熱設計を考慮する場合、デバイスのパッケージの説明とその熱伝導性に注意すること

（2）基板とデバイスパッケージとの間に良好な熱伝導経路を提供することを考慮する

（3）熱伝導路に空気仕切板を設置しないこと。そうであれば、熱伝導性材料を用いて充填することができる。