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微波技術 - PCB電路板散熱技巧

微波技術 - PCB電路板散熱技巧

PCB電路板散熱技巧

2021-09-09
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Author:Fanny

電子設備工作時產生的熱量使設備內部溫度迅速上升。 如果不及時散熱,設備將繼續上升,設備將因過熱而失效,電子設備的可靠性將下降。 囙此,加熱電路板非常重要。


1, 印刷電路板 溫昇係數分析

PCB溫昇的直接原因是電路中功率器件的存在,電子器件有不同程度的功耗,加熱强度隨功耗的變化而變化。

印製板中的兩種溫昇現象:

(1)局部或大面積溫昇;

(2.)短期溫昇或長期溫昇。

PCB熱功率分析一般從以下幾個方面進行分析。

PCB電路板

1、用電量

(1)組織面積用電量分析;

(2)分析PCB板上的功耗分佈。

2、印製板結構

(1)印製板尺寸;

(2)印製板資料。

3、印製板安裝方法

(1)安裝方式(如垂直安裝、水准安裝);

(2)密封條件和與殼體的距離。

4、熱輻射

(1)印製板表面輻射係數;

(2)印製板與相鄰表面之間的溫差及其絕對溫度;

5、導熱

(1)安裝散熱器;

(2)其他已安裝結構件的傳導。

6、對流換熱

(1)自然對流;

(2)強制冷卻對流。

從PCB上分析上述因素是解决印製板溫昇的有效途徑,在一個產品和系統中,這些因素往往是相互關聯和依賴的,大多數因素都應根據實際情況進行分析, 只有針對特定的實際情況才能正確計算或估計溫昇和功耗等參數。


2、電路板散熱管道

1、帶散熱器和導熱板的高熱裝置

當PCB中有幾個組件具有高熱(小於3)時,可以在加熱設備上添加散熱器或導熱管。 當溫度無法降低時,可以使用帶風扇的散熱器來增强散熱效果。 當加熱裝置數量較大(超過3個)時,可以使用大型散熱器(板)。 它是根據加熱裝置在PCB板上的位置和高度定制的專用散熱器,或者是一個大型扁平散熱器,用於切割不同的組件高度位置。 散熱蓋整體扣合在構件表面,散熱與各構件接觸。 然而,由於組件一致性差,散熱效果不好。 為了提高散熱效果,通常在元件表面添加一個軟的熱相變墊。

2.通過 PCB板

現時,廣泛使用的PCB板有鍍銅/環氧玻璃布或酚醛樹脂玻璃布,以及少量的紙塗層銅板。 儘管這些基板具有優异的電學效能和加工效能,但它們的散熱效能較差。 作為高熱組件的一種散熱管道,熱量很難通過PCB本身的樹脂進行傳遞,而是從組件表面向周圍空氣進行散熱。 然而,隨著電子產品進入了元件小型化、高密度安裝和高熱組裝的時代,僅通過表面積非常小的元件表面散熱是不够的。 同時,由於QFP和BGA等表面安裝元件的廣泛使用,元件產生的大量熱量被傳輸到PCB板。 囙此,解决散熱問題的最佳方法是提高與加熱元件直接接觸的PCB的散熱能力,並通過PCB板傳導或發射。

3、採用合理的佈線設計,實現散熱

由於板材中的樹脂導熱性差,銅箔線和銅箔孔都是良好的導熱體,囙此提高銅箔的殘留率和新增導熱孔是主要的散熱手段。

為了評估PCB的散熱能力,有必要計算PCB絕緣基板的等效導熱係數(nine eq),該基板由具有不同導熱率的各種資料組成。

對於由自由對流空氣冷卻的設備,最好在縱向或橫向長度上佈置集成電路(或其他設備)。

5、同一印製板上的設備應根據其熱值和散熱程度儘量佈置。 熱值低或耐熱性差的設備(如小訊號電晶體、小型集成電路、電解電容器等)應放置在冷卻氣流(入口)的頂部。 具有高熱值或良好耐熱性的設備(如功率電晶體、大型集成電路等)放置在冷卻氣流的最下游。

6.在水平方向上,大功率裝置應盡可能靠近印製板邊緣,以縮短傳熱路徑; 在垂直方向上,大功率器件盡可能靠近印製板佈置,以减少這些器件在工作時對其他器件溫度的影響。

7、感溫裝置最好放置在溫度最低的區域(如設備底部),不要將其放在加熱裝置正上方,多個裝置最好在水平面上交錯佈置。

8、設備中印制板的散熱主要取決於氣流,設計時應研究氣流路徑,合理配置設備或印製板。 氣流總是傾向於在阻力較小的地方流動,囙此在印刷電路板上配寘設備時,避免在特定區域有較大的空間。 整機中多塊印刷電路板的配寘應注意同一問題。

9、避免PCB上的熱點集中,儘量在PCB板上均勻分佈電源,保持PCB表面溫度效能均勻一致。 在設計過程中往往難以實現嚴格的均勻分佈,但必須避免功率密度過高的區域,以免影響整個電路的正常運行。 如果可能,有必要分析印刷電路的熱效能。 例如,在一些專業的PCB設計軟體中添加了熱性能指標分析軟體模塊,可以幫助設計者優化電路設計。

10.將功耗和散熱量最高的設備放置在最佳散熱位置附近. 請勿將高溫部件放置在 PCB電路板 除非附近有冷卻裝置. 在設計中盡可能大的功率電阻,選擇較大的器件, 並在調整印製板佈局時,使其有足够的散熱空間.