PCB 기술 - PCB 설계 및 열 설계 및 열 분석을 위한 기술적 조치

1.pcb 핫 디자인의 중요성

유용한 공을 제외하고 전자 설비가 운행 과정에서 소모하는 대부분의 전기 에너지는 열로 전환되어 배출된다.전자기기에서 발생하는 열은 내부 온도를 빠르게 상승시킬 수 있다.열을 제때 방출하지 않으면 설비는 계속 열이 나고 설비는 과열로 인해 효력을 상실하게 되며 전자설비의 신뢰성은 떨어지게 된다. SMT는 전자설비의 설치밀도를 증가시켜 유효열방출면적을 감소시키고 설비의 온도상승은 신뢰성에 심각한 영향을 준다.따라서 열 설계에 대한 연구는 매우 중요하다.

2. 인쇄회로기판의 온도 상승 요인 분석

인쇄회로기판의 온도 상승의 직접적인 원인은 회로 전력 소모 부품의 존재 때문이며, 전자 부품은 모두 다른 정도의 전력 소모를 가지고 있으며, 가열 강도는 전력 소모의 크기에 따라 변화한다.

인쇄 회로 기판의 두 가지 온도 상승 현상:

(1) 국부적인 온도상승 또는 대면적의 온도상승;

(2) 단기 온도 상승 또는 장기 온도 상승. PCB 열 작업 소모 시간을 분석하는 데 일반적으로 다음과 같은 몇 가지 측면에서 분석한다.

2.1 전력 소비

(1) 단위 면적의 전력 소비량을 분석한다.

(2) PCB의 전력 분포를 분석한다.

2.2 인쇄회로기판의 구조

(1) 인쇄회로기판의 크기;

(2) 인쇄회로기판의 재료.

2.3 인쇄회로기판 설치 방법

(1) 설치 방법 (예: 수직 설치, 수평 설치);

(2) 밀봉 조건과 튜브와의 거리.

2.4 열 설계 pcb 복사

(1) 인쇄회로기판 표면의 복사계수;

(2) 인쇄회로기판과 인접한 표면 사이의 온도차 및 절대온도;

2.5 열전도

(1) 히트싱크 설치,

(2) 기타 설치 구조 부품의 전도.

2.6 열대류

(1) 자연 대류;

(2) 강제 냉각 대류.

PCB에서 상술한 요소를 분석하는것은 인쇄판의 온도상승문제를 해결하는 효과적인 경로이다.제품 및 시스템에서 이러한 요소는 종종 상호 연관되고 의존적입니다.대부분의 요소는 실제 상황에 따라 분석해야 하며, 특정 실제 상황에 대해서만 온도 상승과 전력 소비량과 같은 매개변수를 더 정확하게 계산하거나 추정할 수 있습니다.

3.열 설계 pcb 원리

3.1 재료 선택

(1) 인쇄회로기판 도체의 온도 상승은 전류에 지정된 주변 온도를 더하기 때문에 125°C를 초과하지 않아야 합니다 (일반적으로 사용되는 값은 선택한 회로기판에 따라 다를 수 있음).인쇄 회로 기판에 장착된 구성 요소도 일부 열을 발산하여 작동 온도에 영향을 미치므로 재료를 선택하고 인쇄 회로 기판을 설계할 때 이러한 요소를 고려해야 합니다.핫스폿 온도는 125 ° C를 초과해서는 안 됩니다.가능한 한 두꺼운 구리 도금층을 선택하세요.

(2) 특수한 상황에서 알루미늄기, 도자기 및 기타 열저항이 비교적 낮은 판을 선택할 수 있다.

(3) 다층 회로기판 구조의 사용은 PCB의 열 설계에 도움이 된다.

3.2 냉각 채널의 원활한 연결 보장

(1) 부품 배열, 구리 가죽, 창문 열기, 방열 구멍 등을 충분히 이용하여 합리적이고 효과적인 저열 저항 통로를 구축하여 열이 PCB로 순조롭게 출력되도록 확보한다.

(2) 방열통공의 설정은 일부 방열통공과 맹공을 설계하면 방열면적을 효과적으로 증가하고 열저항을 낮추며 회로기판의 전력밀도를 높일수 있다.예를 들어, LCCC 부품의 용접 디스크에 구멍을 설정한 적이 있습니다.용접재는 회로 생산 과정에서 충전되어 열전도성을 높인다.회로 작업 중에 발생하는 열은 구멍이나 블라인드 구멍을 통해 금속 방열층이나 뒷면의 구리 패드에 빠르게 전달되어 방열될 수 있다.특정 상황에서 발열 레이어가 있는 회로 기판은 특별히 설계되고 사용됩니다.발열 물질은 일반적으로 구리 / 몰리브덴 및 일부 모듈 전원에 사용되는 인쇄판과 같은 기타 재료입니다.

(3) 열전도 재료의 사용은 열전도 과정의 열저항을 낮추기 위해 고효율 부품과 라이닝 사이의 접촉 표면에 열전도 재료를 사용하여 열전도 효율을 높인다.

(4) 공정 방법은 설비 양쪽에 설치된 일부 구역에 대해 국부적인 고온을 초래하기 쉽다.방열 조건을 개선하기 위해 용접고에 소량의 작은 구리를 섞을 수 있으며, 환류 용접 후 부품 아래의 용접점은 일정한 높이가 있을 것이다.기기와 인쇄판 사이의 간격이 증가하고 대류 발열이 증가합니다.

3.3 부품 배치 요구 사항

(1) PCB에 대한 소프트웨어 열 분석, 내부 최대 온도 상승 설계 및 제어;

(2) 인쇄회로기판에 고열량과 고복사를 가진 부품을 전문적으로 설계하고 설치하는 것을 고려할 수 있다.

(3) 판재의 열용량 분포가 고르다.고출력 부품을 중앙에 배치하지 않도록 주의하십시오.불가피한 경우 짧은 부품을 공기 흐름의 상류에 배치하고 열 소비량 집중 영역을 통과하기에 충분한 냉각 공기를 확보합니다.

(4) 열 전달 경로를 가능한 한 짧게 만듭니다.

(5) 전열 횡단면을 가능한 한 크게 만듭니다.

(6) 부품의 레이아웃은 주변 부품에 대한 열 복사의 영향을 고려해야 합니다.열민감 부품 (반도체 부품 포함) 은 열원을 멀리하거나 격리해야 한다;

(7) (액체 매체) 콘덴서는 열원을 멀리하는 것이 좋다;

(8) 강제 환기와 자연 환기의 방향에 주의한다.

(9) 추가 자판과 설비 풍도는 통풍 방향과 같다.

(10) 가능한 한 흡기와 배기가 충분한 거리를 가지도록 한다.

(11) 가열장치는 가능한 한 제품 위에 놓아야 하며 조건이 허락할 경우 기류통로에 놓아야 한다.

(12) 고열 또는 큰 전류의 부품은 인쇄판의 구석과 외곽 가장자리에 놓아서는 안 되며, 가능한 한 장시간 라디에이터에 설치하여 다른 부품과 멀리 떨어져 있어야 하며, 라디에이터 통로가 막힘없이 통하도록 해야 한다.

(13) (소형신호증폭기 주변설비) 될수록 온도표류가 적은 설비를 사용한다.

(14) 가능한 한 금속 섀시 또는 섀시를 사용하여 열을 방출합니다.

3.4 배선 요구 사항

(1) 선판 (인도판 구조를 합리적으로 설계);

(2) 연결 규칙;

(3) 설비의 전류 밀도에 따라 최소 채널 폭을 계획한다.특히 연결 부분의 채널 경로설정에 주의하십시오.

(4) 고전류 선로는 가능한 한 표면화해야 한다;요구 사항을 충족하지 못하면 모선 사용을 고려할 수 있습니다.

(5) 접촉 표면의 열 저항을 최소화한다.따라서 열전도 면적을 확대해야 한다.접촉면은 반들반들하고 매끄러워야 하며 필요할 경우 페인트를 칠할 수 있다. 열전도성 유지를 칠한다.

(6) 열응력점의 응력균형조치를 고려하고 선을 굵게 한다.

(7) 방열 구리 가죽은 방열 응력 개창법을 채택하고 방열 저항 용접 덮개를 사용하여 적당히 창문을 열어야 한다;

(8) 가능하면 표면에 대면적의 동박을 사용한다.

(9) 인쇄판의 지면설치구멍은 비교적 큰 개스킷을 사용하여 볼트와 인쇄판 표면을 설치한 동박을 충분히 리용하여 열을 방출한다.

(10) 가능한 한 많은 금속화 구멍을 배치하고, 구멍 지름과 디스크 표면은 가능한 한 크게 구멍을 통해 열을 방출해야 한다;

(11) 설비의 열 방출을 보충하는 방식;

(12) 큰 동박의 표면적을 사용할수 있는 상황에서 경제적인 고려에서 라디에이터를 첨가하는 방법을 사용하지 않아도 된다.

(13) 설비의 전력 소비량, 환경 온도 및 최대 허용 결온에 근거하여 적합한 표면 방열 동박 면적을 계산한다(보증원칙 tj–(0.5ï½0.8) tjmax).

4. 열 설계 pcb 시뮬레이션(열 분석)

열 분석은 설계자가 PCB에서 어셈블리의 전기 성능을 결정하고 설계자가 고온으로 인해 어셈블리나 PCB가 타버릴지 여부를 결정하는 데 도움이 됩니다.간단한 열 분석은 PCB의 평균 온도만 계산하고 복잡한 열 분석은 여러 PCB와 수천 개의 구성 요소가 포함된 전자 장치에 대한 순간적 모델을 만들어야 합니다.

분석가가 전자 장비, PCB 및 전자 부품의 열 모델을 구축할 때 아무리 조심해도 열 분석의 정확성은 결국 PCB 설계자가 제공하는 부품의 전력 소비량의 정확성에 달려 있습니다.많은 응용 프로그램에서 무게와 물리적 크기는 매우 중요합니다.구성 요소의 실제 전력 소비량이 적은 경우 설계된 보안 계수가 너무 높을 수 있으므로 PCB 설계에 사용된 구성 요소의 전력 소비량 값이 실제와 일치하지 않거나 너무 보수적입니다.반면 열 분석 (동시에 더 심각함) 은 열 안전 계수가 너무 낮게 설계되어 있습니다. 즉, 구성 요소의 실제 작동 온도가 분석가가 예측 한 온도보다 높습니다.이러한 문제는 일반적으로 히트싱크 또는 팬을 설치하여 해결해야 합니다. PCB를 냉각합니다. 이러한 외부 액세서리는 비용을 증가시키고 제조 시간을 연장합니다.설계에 팬을 추가하면 안정성이 저하될 수 있습니다.따라서 PCB는 현재 주로 수동적이지 않은 능동적인 냉각 방법 (예: 자연 대류, 전도 및 방사선 방열) 을 사용하여 부품이 낮은 온도 범위에서 작동하도록 합니다.낮은 열 설계는 결국 비용을 증가시키고 안정성을 저하시킵니다.이는 모든 PCB 설계에서 발생할 수 있습니다.구성 요소의 전력 소비량을 정확하게 파악한 다음 PCB 열 분석을 수행하려면 몇 가지 노력이 필요하며, 이는 컴팩트하고 강력한 제품을 생산하는 데 도움이 될 것입니다.강력한 제품.정확한 열 모델과 어셈블리 전력 소비량을 사용하여 PCB 설계 효율성을 저하시키지 않아야 합니다.

4.1 구성 요소 전력 계산

PCB 구성 요소의 전력 소비량을 정확하게 확인하는 것은 반복 프로세스입니다.PCB 설계자는 전력 손실을 확인하기 위해 부품 온도를 알아야 하고, 열 분석가는 전력 손실을 알아야 열 모델에 입력할 수 있다.설계자는 먼저 구성 요소의 작업 환경 온도를 추측하거나 초기 열 분석에서 추정치를 얻고 구성 요소 전력 소비량을 상세한 열 모델에 입력하여 PCB 및 관련 구성 요소의 "결" (또는 핫스팟) 온도를 계산합니다.두 번째 단계에서는 새 온도를 사용하여 어셈블리의 전력 소비량을 다시 계산하고 계산된 전력 소비량을 다음 열 분석 프로세스의 입력으로 사용합니다.이상적인 경우에는 값이 더 이상 변경되지 않을 때까지 프로세스가 계속됩니다.

그러나 PCB 설계자들은 부품의 전기 및 열 성능을 결정하기 위해 시간이 많이 걸리고 반복되는 작업을 수행하기에 충분한 시간이 부족하여 작업을 신속하게 완료해야 하는 경우가 많습니다.한 가지 간단한 방법은 PCB의 총 전력 소비량을 전체 PCB 표면에 작용하는 균일한 열량으로 추정하는 것이다.열 분석은 평균 환경 온도를 예측하여 설계자가 구성 요소의 전력 소비량을 계산하고 구성 요소 온도를 추가로 다시 계산하여 추가 작업이 필요한지 여부를 파악할 수 있도록 합니다.

일반 전자 부품 제조업체는 작동 시 최고 온도를 포함하여 부품 사양을 제공합니다.구성 요소의 성능은 일반적으로 주변 온도 또는 구성 요소 내부 온도의 영향을 받습니다.소비자 가전제품은 일반적으로 최고 작동 온도가 섭씨 85도인 플라스틱 패키징 부품을 사용합니다.방산 제품은 일반적으로 최고 작동 온도가 섭씨 125도인 세라믹 부품을 사용하며, 최고 정격 온도는 보통 105 ° C이다.PCB 설계자는 장비 제조업체에서 제공하는 온도/전력 커브를 사용하여 특정 온도에서 구성 요소의 전력 소비량을 결정할 수 있습니다.

부품의 온도를 계산하는 가장 정확한 방법은 순간적 열 분석을 하는 것이지만, 부품의 순간적 전력 소비량을 확정하기는 어렵다.

더 나은 절충안은 안정된 조건에서 정격과 최악의 상황을 각각 분석하는 것이다. PCB는 다양한 종류의 열에 영향을 받는다.적용 가능한 일반적인 열 경계 조건은 다음과 같습니다.

앞면과 뒷면의 자연 또는 강제 대류;

앞면과 뒷면의 열복사;

PCB 가장자리에서 장치 케이스로의 전도;

강성 또는 플렉시블 커넥터를 통해 다른 PCB로 전도

PCB에서 스탠드로 전도(볼트 연결 또는 접착 고정);

2개의 PCB 메자닌 사이에서 히트싱크가 전달됩니다.