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PCB新聞

PCB新聞 - 高功率PCB散熱設計指南

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高功率PCB散熱設計指南

2021-10-03
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Author:Kavie

是否使用電力電子設備, 嵌入式系統, 工業設備, 或者設計一個新的主機板, 你必須應對系統中不斷上升的溫度. 連續高溫操作將縮短 印刷電路板 生活, 甚至導致系統某些關鍵點的故障. 在設計過程中儘早考慮散熱,以幫助延長電路板和組件的壽命.

散熱設計從估算工作溫度開始

在開始新的設計之前,您需要考慮板的運行溫度、板的操作環境以及組件的功耗。 這些因素共同决定了電路板和部件的工作溫度。 這也將有助於定制冷卻策略。

印刷電路板

將電路板放置在更高的環境溫度下將允許其保留更多熱量,囙此它將在更高的溫度下工作。 耗散更多功率的部件將需要更有效的冷卻方法,以將溫度保持在設定水准。 重要的行業標準可能規定操作期間組件和基板的溫度。

在設計散熱管理政策之前,請檢查資料表中組件的允許工作溫度以及重要行業標準中規定的溫度。 主動和被動冷卻需要與正確的電路板佈局相結合,以防止損壞電路板。

主動冷卻與被動冷卻:哪一種適合您的主機板?

這是任何設計師都要考慮的重要問題。 通常,當環境溫度遠低於工作溫度時,會產生被動冷卻效果。 系統和環境之間的熱梯度可能很大,迫使更多的熱量從組件和電路板本身流出。 使用主動冷卻,即使環境溫度較高,根據主動冷卻系統可以提供更好的冷卻效果。

被動冷卻

應嘗試調平有源部件的被動冷卻,以便將熱量分配到地面層。 許多有源組件包括位於封裝底部的熱墊,允許熱量通過縫合孔耗散到附近的地面地層。 然後,這些縫合孔延伸至組件下方的銅墊。 有一些PCB小算盘可以用來估計組件下所需的銅焊盤的尺寸。

顯然,組件下方的銅焊盤不應超出實際組件的邊緣,因為這會干擾表面安裝焊盤或通孔銷。 如果單個墊板無法將溫度降低到所需水准,則可能需要在設備頂部添加散熱器以散發更多熱量。 也可以使用熱墊或熱糊來新增進入散熱器的熱流。

蒸發冷卻是另一種選擇。 然而,蒸發冷卻部件體積龐大,囙此

ot適用於許多系統。 如果系統洩漏或破裂,整個板將出現液體洩漏。 此時,可以使用主動冷卻方法來提供相同或更好的冷卻效果。

主動散熱

如果需要進一步降低有源組件(如FPGA、CPU或其他高開關速度有源組件)的溫度,當被動冷卻無法解决問題時,可能需要使用風扇進行主動冷卻。 球迷們並不是一直全速奔跑,有時他們甚至可能無法開機。 更熱的部件和產生更多熱量的部件需要風扇運行更快。

風扇有譟音,因為PWM訊號會因開關而產生一些譟音。 開發板需要一個電路來生成PWM訊號以控制風扇速度,以及一個感測器來量測相關部件的溫度。 帶有電子開關控制器的交流驅動風扇也會在基本開關頻率和每個高次諧波處產生輻射EMI。 如果使用風扇,附近的接線組件將需要有足够的雜訊抑制/干擾抑制。

主動冷卻系統(如冷卻液或製冷劑)也可用於提供大量冷卻。 這是一種不尋常的解決方案,因為它需要泵或壓縮機使冷卻液或製冷劑流過系統。 例如,水冷系統用於冷卻高性能遊戲電腦中的GPU。

一些簡單的熱設計指南

在訊號路徑下方使用接地層可以提高信號完整性和雜訊抑制。 它還充當散熱器。 帶有隔熱墊的組件將縫合孔向下延伸到底層,使底層更容易散熱。 然後,表面痕迹中產生的熱量很容易消散到地下。

承載大電流的導線,尤其是在直流電路中,需要更大的銅重量才能在電路板上散熱。 這可能需要比通常在高速或高頻設備中使用的更寬的導線。 幾何形狀會影響交流訊號的接線阻抗,這意味著您可能需要更改堆棧以保持阻抗與訊號標準或源/負載組件中定義的值匹配。

注意電路板中的熱迴圈,因為在高值和低值之間重複的溫度迴圈可能會導致應力在通孔和接線中積聚。 這可能導致高縱橫比通孔中的筦道破裂。 長時間迴圈也會在表層產生痕迹分層,從而損壞電路板。