PCB技術 - PCB基板の放熱技術

電子機器では、運転中に一定の熱が発生し、機器内部の温度が急速に上昇します。もし熱が適時に放出されなければ、設備は昇温を続け、設備は過熱によって故障し、電子設備の信頼性は低下するだろう。

そのため、回路基板を良好に加熱することが重要である。PCB基板の放熱は非常に重要な一環である。PCB回路基板の放熱技術はどれらがありますか。一緒に検討しましょう。

一

熱はPCB自体を通じて発散される。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。高発熱素子の放熱経路としては、PCB自体の樹脂伝熱はほとんど望めず、素子表面の熱を周囲の空気中に放出する。

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、表面積が非常に小さい部品表面だけで放熱するのは十分ではない。

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ボードに伝達されます。したがって、放熱を解決する良い方法の1つは、加熱素子に直接接触するPCBの放熱能力を高め、PCBプレートを介して伝送または放出することである。

放熱銅箔と大面積電源銅箔の追加

ホットオーバホール

IC裏面に銅が露出し、銅板と空気との間の熱抵抗を低減

PCBレイアウト

a.感熱装置は冷気領域に配置される。

b.温度検出装置を左熱位置に置く。

c.同じプリント基板上の装置は、できるだけその熱値と放熱度に応じて区画配置しなければならない。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）は冷却ガス流のZui上流（入口）に配置され、高熱値または耐熱性の高いデバイス（例えば、パワートランジスタ、大型集積回路など）は冷却ガス流下流のZuiに配置されなければならない。

d.水平方向において、大出力デバイスはできるだけプリント基板の縁に近接して配置され、伝熱経路を短縮する、垂直方向において、大電力デバイスはできるだけプリント基板の上部に近く配置され、これらのデバイスが他のデバイスの温度に与える影響を減らすべきである。

e.設備におけるプリント配線板の放熱は主に気流に依存するので、設計時に気流経路を研究し、設備またはプリント配線板を合理的に配置すべきである。空気が流れると、抵抗の少ない場所を常に流れる傾向があるため、プリント基板上にデバイスを配置する際には、ある領域に大きな空間を残さないようにする必要があります。機械全体における複数のプリント基板の配置も同様の問題に注意しなければならない。

f.温度感受性装置Zuiは、装置の底部などの温度の低い領域に配置されるべきである。加熱装置の上に直接置かないでください。複数のデバイスを水平面に交互に配置する必要があります。

g.高消費電力Zuiと大発熱Zuiを有する装置は、放熱が良好なZui位置付近に配置されている。放熱器が近くにない限り、印刷板の隅や周囲の縁に高カロリーの機器を置かないでください。電源抵抗を設計するときは、できるだけ大きな機器を選択し、印刷板のレイアウトを調整するときに十分な放熱空間を持たせるようにしてください。

h.コンポーネント間隔の推奨事項：

二

放熱器と熱伝導板が高加熱装置に追加された。PCB中の少数のデバイスが大きな加熱能力（3つ未満）を有する場合、加熱デバイスにヒートシンクや伝熱管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。

加熱素子の数が多い（3個を超える）場合は、大きな放熱カバー（プレート）を使用することができる。PCBプレート上の加熱素子の位置と高さに合わせてカスタマイズされた特殊な放熱器であるか、大型平面放熱器上で異なる素子の高低位置を引き出すことができる。

放熱カバー全体が要素の表面に掛けられ、各要素と接触して放熱される。しかし、アセンブリの組み立てと溶接の一貫性が悪く、放熱効果がよくない。一般に、アセンブリ表面に柔軟な熱相転移熱伝導マットを添加して放熱効果を高める。

3

自由対流空気によって冷却される装置の場合、Zuiは集積回路（または他のデバイス）を縦方向または横方向に配列することが好ましい。

四

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、銅箔の残留率を高め、熱伝導孔を増やすことが放熱の主要な手段である。

PCBの放熱能力を評価するためには、異なる熱伝導率を有する様々な材料からなる複合材料であるPCB絶縁基板の等価熱伝導率（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、できるだけその熱値と放熱度に応じてゾーン化し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）は冷却ガス流のZui上流（入口）に配置され、高熱値または耐熱性の高いデバイス（例えば、パワートランジスタ、大型集積回路など）は冷却ガス流下流のZuiに配置されなければならない。

6

水平方向において、大電力デバイスは、伝熱経路を短縮するために、プリント基板の縁にできるだけ近くに配置され、垂直方向において、大電力デバイスはできるだけプリント基板の上部に近く配置され、これらのデバイスが他のデバイスの温度に与える影響を減らすべきである。

7

設備におけるプリント配線板の放熱は主に気流に依存するため、設計時に気流経路を研究し、設備またはプリント配線板を合理的に配置すべきである。

空気が流れると、抵抗の少ない場所を常に流れる傾向があるため、プリント基板上にデバイスを配置する際には、ある領域に大きな空間を残さないようにする必要があります。機械全体における複数のプリント基板の配置も同様の問題に注意しなければならない。

8

温度感受性デバイスZuiは、デバイスの下部など、温度の低いZui領域に配置されている必要があります。加熱装置の上に直接置かないでください。複数のデバイスを水平面に交互に配置する必要があります。

九

高消費電力Zui及び大発熱Zuiを有する装置は、放熱が良好なZui位置の近傍に配置される。近くにヒートシンクがない限り、高温機器をプリント基板の隅や周囲の縁に置かないでください。

電源抵抗を設計する際には、できるだけ大きなデバイスを選択し、プリント基板のレイアウトを調整する際に十分な放熱空間を持たせるようにします。

10

PCB上のホットスポット集中を回避し、できるだけパワーをPCB上に均一に分布させ、PCB表面温度性能の均一性と一致性を維持する。

設計の過程で厳格な均一分布を実現することは困難であることが多いが、過剰なホットスポットが回路全体の正常な動作に影響を与えないように、電力密度が高すぎる領域を避けなければならない。

可能であれば、プリント回路の熱効率を分析する必要がある。例えば、転工業のPCB設計ソフトウェアの一部に追加された熱効率指標分析ソフトウェアモジュールは、設計者が回路設計を最適化するのに役立つことができる。