PCB技術 - pcb基板の放熱機能の設計

電子機器が動作中に消費する電力、例えば無線周波数電力増幅器、FPGAチップ、電力製品は、有用な仕事を除いて、大部分の電気エネルギーが熱に変換され、散逸される。電子機器から発生する熱は内部温度を急速に上昇させる。もし熱が適時に消散しなければ、設備は昇温を続け、設備は過熱によって失効し、電子設備の信頼性は低下するだろう。電子機器の設置密度が増加し、有効放熱面積が減少し、機器の温度上昇が信頼性に深刻な影響を与える。そのため、熱設計の研究は非常に重要である。無線周波をやっている兄弟はみな薪を持っているが、そんなに放熱してもいいのだろうか。PCB基板の放熱は非常に重要な一環であり、PCB基板の放熱技術とは何か、以下では一緒に検討してみましょう。電子機器については、運転中に一定の熱が発生し、機器内部の温度を急速に上昇させる。もし熱が適時に消えなければ、設備は昇温を続け、設備は過熱によって失効する。電子機器の信頼性性能が低下する。そのため、回路基板に対して良好な放熱処理を行うことが非常に重要である。

プリント基板の温度上昇の直接の原因は、回路消費電力デバイスの存在である。電子機器はいずれも消費電力の程度が異なり、消費電力の大きさに応じて加熱強度が変化する。プリント基板の温度上昇の2つの現象：（1）局所的な温度上昇または大面積の温度上昇、（2）短期温度上昇または長期温度上昇。PCBの熱消費時間を分析するには、通常以下のいくつかの方面から分析を行う。2.1電気消費量（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分析する。2.2プリント基板の構造（1）プリント基板の寸法、（2）プリント基板の材料。2.3プリント基板をどのように取り付けるか（1）取り付け方法（例えば垂直取り付け、水平取り付け）、（2）2.4熱放射（1）プリント基板表面の放射率（2）プリント基板と隣接表面の温度差及びその絶対温度2.5熱伝導（1）ヒートシンクを取り付ける、（2）2.6熱対流（1）自然対流、（2）強制冷却対流。上記の要素をプリント基板の角度から分析することは、プリント基板の温度上昇問題を解決する有効な方法である。1つの製品やシステムでは、これらの要素はしばしば相互に関連して依存しています。ほとんどの要素は実際の状況に基づいて分析し、特定の状況にのみ対応する。実際の状況は温度上昇と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。1 PCB板自体を通じて放熱する。現在、広く使用されているPCB板は銅被覆/エポキシガラス布基板またはフェノール樹脂ガラス布基板であり、少量の紙基銅被覆板を使用している。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。高発熱部品の放熱経路としては、PCB自体の樹脂からの熱伝導熱はほとんど望めず、部品表面から周囲の空気に熱を放出する。しかし、電子製品が部品の小型化、高密度実装、高加熱組立の時代に入るにつれ、非常に表面積の小さい部品表面の放熱だけでは不十分である。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、これらの部品で発生した大量の熱はPCBボードに転送されます。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。伝送または放出待ち。2高発熱素子放熱器と熱伝導板は、PCB中の少量の素子が大量の熱を発生する（3未満）場合、加熱装置に放熱器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放熱器、または大型平面放熱器を使用することができます。異なるアセンブリの高さ位置をカットします。放熱カバーは全体的に部品表面に掛けられ、各部品と接触して放熱される。しかし、アセンブリは組み立てと溶接の過程で高度の一致性が悪く、放熱効果がよくない。通常、素子表面に柔軟な熱相転移熱マットを追加して放熱効果を高める。3自由対流空気冷却を採用する設備に対して、集積回路（またはその他の設備）を垂直または水平に配置することが望ましい。4合理的な配線設計を用いて放熱を実現する。板中の樹脂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、銅箔の残留率と熱伝導孔を増加することは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、異なる熱伝導率を持つ各種材料からなる複合材料の等価熱伝導率（9当量）であるPCBの絶縁基板を計算する必要がある。5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基づいて配置する必要がある。発熱量が低い、または耐熱性が悪い機器（例えば、小型信号トランジスタ、小型集積回路、電解コンデンサなど）は冷却中に置くべきである。空気流の最上層（入口）、熱または耐熱性の高い機器（例えば、パワートランジスタ、大型集積回路など）は冷却空気流の最下流に置く。6水平方向において、大電力機器はできるだけプリント基板の縁に近づき、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づき、他のデバイスの動作時の温度を下げる。影響。7デバイスにおけるプリント基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、デバイスまたはプリント基板を合理的に配置すべきである。空気が流れると、抵抗の低い場所を常に流れる傾向があるので、プリント基板にデバイスを配置する際に、ある領域に大きな空域を残さないようにします。複数のプリント配線板の全体における配置も同じ問題に注意しなければならない。温度感受性デバイスは、デバイスの下部など、最も温度の低い領域に配置することが好ましい。加熱装置の上に直接置かないでください。複数のデバイスは水平面に交互に配置することが好ましい。9電力消費量が最も高く、発熱量が最も高いデバイスを放熱最適位置の近くに配置する。近くにヒートシンクがない限り、プリント基板の隅と周辺縁に高熱デバイスを置かないでください。電力抵抗器を設計する時、できるだけ大きいデバイスを選んで、プリント基板のレイアウトを調整する時に十分な放熱空間を持たせます。10無線周波電力増幅器またはLED PCBは金属基板を採用しています。11熱点がPCBに集中するのを避けて、できるだけ電力をPCB基板に均一に分布して、PCB表面の温度性能を均一に保つ。設計の過程では、通常、厳密な均一分布を実現することは難しいが、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、一部の専門PCB設計ソフトウェア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。