Технология PCB - конструкция теплоотводящей функции платы pcb

Электрическая энергия, потребляемая электронным оборудованием в процессе работы, например усилителями мощности радиочастот, микросхемами ПЛИС и силовыми изделиями, помимо полезной работы, в большинстве случаев преобразуется в тепло и рассеивается. Тепло, выделяемое электронным оборудованием, приводит к быстрому повышению внутренней температуры. Если тепло своевременно не отводить, то оборудование будет продолжать нагреваться, устройство выйдет из строя из-за перегрева, и надежность электронного оборудования снизится. При увеличении плотности монтажа электронного оборудования уменьшается площадь эффективного теплоотвода, и повышение температуры оборудования серьезно сказывается на его надежности. Поэтому исследование теплового расчета очень важно. 

У братьев, занимающихся радиочастотами, есть дрова, значит, с теплоотводом все в порядке?

Отвод тепла от печатные платы - очень важное звено, поэтому о том, какова техника отвода тепла от печатной платы, поговорим ниже.

При работе электронного оборудования выделяется определенное количество тепла, в результате чего внутренняя температура оборудования быстро повышается. Если вовремя не отвести тепло, то оборудование будет продолжать нагреваться, и устройство выйдет из строя из-за перегрева. Надежность работы электронного оборудования снизится. Поэтому очень важно провести качественный теплоотвод на печатной плате.

Непосредственная причина повышения температуры печатной платы связана с наличием в схеме устройств, потребляющих энергию. Все электронные устройства в той или иной степени обладают энергопотреблением, и интенсивность нагрева зависит от величины энергопотребления.

Существует два явления повышения температуры в печатных платах:

(1) Локальное повышение температуры или повышение температуры на большой площади;

(2) Кратковременное повышение температуры или длительное повышение температуры. При анализе теплового энергопотребления печатных плат его обычно анализируют в следующих аспектах.

2.1 Потребляемая электрическая мощность

(1) Анализ потребляемой мощности на единицу площади;

(2) Анализ распределения потребляемой мощности по печатной плате.

2.2 Структура печатной платы

(1) Размер печатной платы;

(2) Материал печатной платы.

2.3 Способ установки печатной платы

(1) Способ установки (например, вертикальная установка, горизонтальная установка);

(2) Условие герметизации и расстояние от корпуса.

2.4 Тепловое излучение

(1) Излучательная способность поверхности печатной платы;

(2) Разница температур между печатной платой и прилегающей поверхностью и их абсолютная температура.

2.5 Теплопроводность

(1) Установка радиатора;

(2) Теплопроводность других конструктивных элементов установки.

2.6 Тепловая конвекция

(1) Естественная конвекция;

(2) Принудительная конвекция при охлаждении.

Анализ перечисленных факторов со стороны печатной платы является эффективным способом решения проблемы повышения температуры печатной платы. Эти факторы часто связаны и зависят друг от друга в изделии и системе. Большинство факторов следует анализировать в соответствии с реальной ситуацией, и только для конкретной реальной ситуации можно более корректно рассчитать или оценить такие параметры, как повышение температуры и потребляемая мощность.

1. Отвод тепла через саму печатную плату

В настоящее время для изготовления печатных плат широко используются медно-эпоксидные стеклотканевые подложки или стеклотканевые подложки на основе фенольной смолы, а также небольшое количество бумажных медно-слоистых плат. Хотя эти подложки обладают отличными электрическими и технологическими свойствами, они плохо отводят тепло. В качестве пути отвода тепла для сильно нагретых компонентов практически невозможно ожидать теплопроводности от смолы самой печатной платы, а нужно отводить тепло от поверхности компонента в окружающий воздух. Однако, поскольку электронные изделия вступили в эпоху миниатюризации компонентов, монтажа высокой плотности и сборки с высоким нагревом, недостаточно полагаться на отвод тепла от поверхности компонента с очень малой площадью поверхности.

В то же время из-за широкого использования компонентов поверхностного монтажа, таких как QFP и BGA, большое количество тепла, выделяемого компонентами, передается на печатную плату. Поэтому лучшим способом решения проблемы отвода тепла является повышение теплоотводящей способности самой печатной платы, которая находится в непосредственном контакте с нагревательным элементом, через плату PCB. Передаваться или излучаться.

2. Компоненты с высоким тепловыделением плюс радиатор и теплопроводящая пластина

Когда небольшое количество компонентов печатной платы выделяет большое количество тепла (менее 3), к нагревательному устройству можно добавить радиатор или тепловую трубку. Если температура не может быть снижена, для повышения эффективности теплоотвода можно использовать радиатор с вентилятором.

При большом количестве нагревательных устройств (более 3) можно использовать большую теплоотводящую крышку (плату), которая представляет собой специальный теплоотвод, настроенный в соответствии с положением и высотой нагревательного устройства на печатной плате, или большой плоский теплоотвод, вырезанный из различных по высоте компонентов.

Теплоотводящая крышка интегрируется на поверхность компонента и контактирует с каждым компонентом для отвода тепла. Однако эффект отвода тепла не очень хорош из-за плохой согласованности высоты при сборке и сварке компонентов. Обычно для улучшения эффекта теплоотвода на поверхность компонента добавляется мягкая термопрокладка с фазовым переходом.

3. Для оборудования, использующего воздушное охлаждение с естественной конвекцией, лучше всего располагать интегральные схемы (или другие устройства) вертикально или горизонтально.

4. Для обеспечения теплоотвода используйте разумную конструкцию проводки.

Поскольку смола в пластине обладает плохой теплопроводностью, а линии и отверстия медной фольги являются хорошими проводниками тепла, увеличение остаточной скорости медной фольги и увеличение теплопроводящих отверстий являются основными средствами отвода тепла.

Для оценки теплоотводящей способности печатной платы необходимо рассчитать эквивалентную теплопроводность (nine eq) композитного материала, состоящего из различных материалов с разной теплопроводностью - изолирующей подложки для печатной платы.

4. Использование рациональной конструкции проводки для обеспечения теплоотвода

Поскольку смола в пластине обладает плохой теплопроводностью, а линии и отверстия медной фольги являются хорошими проводниками тепла, увеличение остаточной скорости медной фольги и увеличение теплопроводящих отверстий являются основными средствами отвода тепла.

Для оценки теплоотводящей способности печатной платы необходимо рассчитать эквивалентную теплопроводность (nine eq) композитного материала, состоящего из различных материалов с разной теплопроводностью - изолирующей подложки для печатной платы.

5. Устройства на одной печатной плате следует располагать по возможности в соответствии с их теплотворной способностью и степенью теплоотдачи. Устройства с низкой теплотворной способностью или слабой теплостойкостью (например, малосигнальные транзисторы, малогабаритные интегральные схемы, электролитические конденсаторы и т.д.) следует размещать в охлаждающем потоке вверху (на входе) воздушного потока, а устройства с большой теплоотдачей или теплостойкостью (например, силовые транзисторы, крупногабаритные интегральные схемы и т.д.) - на самом нижнем участке охлаждающего воздушного потока.

6. В горизонтальном направлении мощные устройства располагаются как можно ближе к краю печатной платы, чтобы сократить путь передачи тепла; в вертикальном направлении мощные устройства располагаются как можно ближе к верхней части печатной платы, чтобы снизить температуру других устройств при работе этих устройств. Влияние.

7. Теплоотдача печатной платы в оборудовании в основном зависит от воздушного потока, поэтому при проектировании необходимо изучить траекторию воздушного потока и разумно сконфигурировать устройство или печатную плату. Когда воздух течет, он всегда стремится в места с низким сопротивлением, поэтому при конфигурировании устройств на печатной плате следует избегать оставления большого воздушного пространства в определенной области. Этой же проблеме следует уделять внимание и при конфигурировании нескольких печатных плат во всем устройстве.

8. Термочувствительное устройство лучше всего размещать в области с самой низкой температурой (например, в нижней части устройства). Никогда не размещайте его непосредственно над нагревательным устройством. Лучше всего располагать несколько устройств в шахматном порядке на горизонтальной плоскости.

9. Компоненты с наибольшим энергопотреблением и наибольшим тепловыделением располагайте вблизи мест с наилучшими условиями для отвода тепла. Не размещайте сильно нагревающиеся устройства на углах и периферийных краях печатной платы, если рядом с ними не расположен теплоотвод. При проектировании силового резистора выбирайте устройство как можно большего размера, а при корректировке разводки печатной платы обеспечьте ему достаточно места для отвода тепла.

10. печатные платы радиочастотного усилителя мощности или светодиода имеет металлическую подложку.

11. Избегайте концентрации горячих точек на печатной плате, по возможности равномерно распределяйте мощность по плате, поддерживайте равномерность и постоянство температурных характеристик поверхности печатной платы. Зачастую в процессе проектирования трудно добиться строго равномерного распределения, однако необходимо избегать участков со слишком высокой плотностью мощности, чтобы горячие точки не влияли на нормальную работу всей схемы. По возможности необходимо провести анализ тепловой эффективности печатной схемы. Например, программный модуль анализа индекса тепловой эффективности, добавляемый в некоторые профессиональные программы проектирования печатные платы, может помочь разработчикам оптимизировать конструкцию схемы.