Công nghệ PCB - Nhiệt độ PCB tăng và yếu tố tản nhiệt

Nhiệt được tạo ra bởi các thiết bị điện tử trong quá trình hoạt động dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng nhiệt độ bên trong thiết bị. Nếu nhiệt không được phát ra kịp thời, thiết bị sẽ tiếp tục nóng lên, thiết bị sẽ bị hỏng do quá nóng và độ tin cậy của thiết bị điện tử sẽ giảm. Do đó, điều quan trọng là phải xử lý nhiệt cho bảng mạch in.

Phân tích yếu tố tăng nhiệt độ bảng mạch in

Nguyên nhân trực tiếp của sự gia tăng nhiệt độ của bảng pcb là sự hiện diện của các thiết bị tiêu thụ điện năng mạch, mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị điện tử khác nhau, cường độ sưởi ấm thay đổi theo kích thước tiêu thụ điện năng.

Hai hiện tượng tăng nhiệt độ trong bảng mạch in:

(1) tăng nhiệt độ cục bộ hoặc tăng nhiệt độ khu vực rộng;

(2) Tăng nhiệt độ ngắn hạn hoặc tăng nhiệt độ dài hạn.

Trong việc phân tích công việc nhiệt của bảng mạch PCB tốn thời gian, thường được phân tích từ các khía cạnh sau.

1. Tiêu thụ điện

(1) Phân tích mức tiêu thụ điện trên một đơn vị diện tích;

(2) Phân tích phân phối điện năng tiêu thụ trên bảng mạch.

2. Cấu trúc của bảng mạch

(1) kích thước của tấm pcb;

(2) vật liệu cơ sở pcb.

3. Làm thế nào để cài đặt bảng mạch in

(1) phương pháp cài đặt (chẳng hạn như cài đặt dọc, cài đặt ngang);

(2) Điều kiện niêm phong và khoảng cách từ nhà ở.

4. Bức xạ nhiệt

(1) Độ phát xạ của bề mặt bảng mạch in;

(2) chênh lệch nhiệt độ giữa bảng mạch in và bề mặt liền kề và nhiệt độ tuyệt đối của chúng;

5. dẫn nhiệt

(1) Cài đặt tản nhiệt;

(2) dẫn của các cấu trúc lắp đặt khác.

6. Đối lưu nhiệt

(1) Đối lưu tự nhiên;

(2) Đối lưu làm mát cưỡng bức.

Phân tích các yếu tố trên từ quan điểm của bảng mạch PCB là một cách hiệu quả để giải quyết sự gia tăng nhiệt độ của bảng mạch in. Những yếu tố này thường liên quan và phụ thuộc lẫn nhau trong sản phẩm và hệ thống. Hầu hết các yếu tố cần được phân tích dựa trên tình hình thực tế. Chỉ có một tình huống thực tế cụ thể mới có thể tính toán hoặc ước tính chính xác hơn các thông số như tăng nhiệt độ và tiêu thụ điện năng.

Phương pháp tản nhiệt PCB Circuit Board

1. Thiết bị sưởi ấm cao cộng với tản nhiệt, tấm dẫn nhiệt

Khi một số lượng nhỏ các yếu tố trong bảng mạch PCB tạo ra nhiều nhiệt (ít hơn 3), một bộ tản nhiệt hoặc ống nhiệt có thể được thêm vào các yếu tố làm nóng. Khi nhiệt độ không thể giảm, bộ tản nhiệt có quạt có thể được sử dụng để tăng cường tản nhiệt. Khi số lượng thiết bị sưởi ấm lớn (hơn 3) có thể sử dụng nắp tản nhiệt lớn (bảng), đây là bộ tản nhiệt đặc biệt được tùy chỉnh theo vị trí và mức độ cao của thiết bị sưởi ấm trên bảng mạch PCB hoặc tấm phẳng lớn để tản nhiệt, nơi các vị trí phần tử có chiều cao khác nhau được cắt trên thiết bị. Nắp tản nhiệt được khóa toàn bộ trên bề mặt của cụm, tiếp xúc với từng cụm để tản nhiệt. Tuy nhiên, tản nhiệt kém do tính nhất quán cao trong quá trình lắp ráp và hàn các thành phần. Thông thường, một miếng đệm nhiệt chuyển pha mềm được thêm vào bề mặt của các thành phần để tăng hiệu quả tản nhiệt.

2. Tản nhiệt bằng chính bảng mạch PCB

Các bảng mạch PCB được sử dụng rộng rãi hiện nay là chất nền bằng đồng/vải thủy tinh epoxy hoặc chất nền bằng nhựa phenolic, cũng như một số lượng nhỏ các tấm đồng được phủ bằng giấy. Mặc dù các chất nền này có tính chất điện và xử lý tuyệt vời, chúng ít tản nhiệt hơn. Là một phương pháp tản nhiệt cho các yếu tố làm nóng cao, gần như không thể mong đợi nhựa từ chính bảng mạch PCB để tản nhiệt, nhưng thay vào đó, nhiệt từ bề mặt của các yếu tố vào không khí xung quanh. Tuy nhiên, khi các thiết bị điện tử bước vào kỷ nguyên thu nhỏ linh kiện, lắp đặt mật độ cao và lắp ráp nhiệt cao, chỉ dựa vào bề mặt linh kiện có diện tích bề mặt rất nhỏ để tản nhiệt là không đủ. Trong khi đó, do việc sử dụng quy mô lớn các thành phần gắn trên bề mặt như QFP và BGA, nhiệt được tạo ra bởi các thành phần được truyền vào bảng mạch PCB với số lượng lớn. Do đó, cách tốt nhất để giải quyết vấn đề tản nhiệt là tăng khả năng tản nhiệt của chính PCB tiếp xúc trực tiếp với các yếu tố làm nóng. Bảng mạch dẫn hoặc bức xạ.

3. Sử dụng thiết kế dây hợp lý để đạt được tản nhiệt

Bởi vì nhựa trong tấm có độ dẫn nhiệt kém, trong khi dây và lỗ đồng là chất dẫn nhiệt tốt, do đó cải thiện tỷ lệ còn lại của lá đồng và tăng lỗ dẫn nhiệt là phương tiện chính để tản nhiệt.

Để đánh giá khả năng tản nhiệt của bảng mạch PCB, cần phải tính toán độ dẫn nhiệt tương đương (chín tương đương) của vật liệu composite bao gồm các vật liệu khác nhau có độ dẫn nhiệt khác nhau như một chất nền cách điện cho bảng mạch PCB.

4. Đối với các thiết bị sử dụng làm mát không khí đối lưu tự do, tốt nhất là sắp xếp các mạch tích hợp (hoặc các thiết bị khác) theo chiều dọc hoặc chiều ngang.

5. Các thiết bị trên cùng một bảng mạch in nên được sắp xếp càng nhiều càng tốt theo giá trị nhiệt và mức độ tản nhiệt của chúng. Các thiết bị có lượng nhiệt nhỏ hoặc khả năng chịu nhiệt kém (ví dụ: bóng bán dẫn tín hiệu nhỏ, mạch tích hợp nhỏ, tụ điện điện phân, v.v.) nên được đặt ở thượng nguồn (đầu vào) của luồng không khí làm mát và các thiết bị có lượng nhiệt lớn hoặc khả năng chịu nhiệt (ví dụ: bóng bán dẫn công suất, mạch tích hợp lớn, v.v.) nên được đặt ở hạ nguồn của luồng không khí làm mát.

6. Theo hướng ngang, các thiết bị công suất cao được sắp xếp càng gần cạnh của bảng mạch in càng tốt để rút ngắn đường truyền nhiệt; Theo chiều dọc, các thiết bị công suất cao được sắp xếp càng gần đầu bảng mạch in càng tốt để giảm tác động của các thiết bị này lên các thiết bị khác. Ảnh hưởng của nhiệt độ.

7. Các thiết bị nhạy cảm với nhiệt độ được đặt tốt nhất ở khu vực có nhiệt độ thấp nhất (chẳng hạn như dưới cùng của thiết bị). Không bao giờ đặt nó trực tiếp trên thiết bị sưởi ấm. Tốt nhất là tách nhiều thiết bị ở mức độ ngang.

8. tản nhiệt của bảng mạch in trong thiết bị chủ yếu dựa vào luồng không khí, vì vậy đường dẫn luồng không khí nên được nghiên cứu khi thiết kế, thiết bị được cấu hình hợp lý hoặc bảng mạch in. Khi không khí chảy, nó luôn có xu hướng chảy ở những nơi có lực cản thấp hơn, vì vậy khi cấu hình thiết bị trên bảng mạch in, tránh để lại không gian lớn ở một khu vực nhất định. Cấu hình của nhiều bảng mạch in trong toàn bộ máy cũng nên chú ý đến vấn đề tương tự.

9. Tránh tập trung điểm nóng trên bảng mạch PCB, càng nhiều càng tốt để phân phối điện đều trên bảng mạch PCB, giữ cho hiệu suất nhiệt độ bề mặt bảng mạch PCB đều và nhất quán. Thường rất khó để đạt được sự phân bố đồng đều nghiêm ngặt trong quá trình thiết kế, nhưng phải tránh các khu vực có mật độ điện quá cao để ngăn chặn các điểm nóng ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của toàn bộ mạch. Nếu có thể, cần phải phân tích hiệu suất nhiệt của mạch in. Ví dụ, các mô-đun phần mềm phân tích chỉ số hiệu suất nhiệt được thêm vào một số phần mềm thiết kế bảng mạch PCB chuyên nghiệp có thể giúp các nhà thiết kế tối ưu hóa thiết kế mạch.

10. Sắp xếp các thiết bị có mức tiêu thụ điện năng và nhiệt cao nhất gần vị trí tản nhiệt tốt nhất. Không đặt thiết bị làm nóng cao ở các góc và cạnh ngoại vi của bảng mạch in, trừ khi có bộ tản nhiệt gần đó. Khi thiết kế điện trở, hãy chọn thiết bị lớn hơn nếu có thể và cho phép nó có đủ không gian tản nhiệt khi điều chỉnh bố cục bảng mạch in.

11. Khi kết nối các thiết bị tản nhiệt cao với chất nền, sức đề kháng nhiệt giữa chúng nên được giảm càng nhiều càng tốt. Để đáp ứng tốt hơn các yêu cầu về đặc tính nhiệt, một số vật liệu dẫn nhiệt (chẳng hạn như một lớp silicone dẫn nhiệt) có thể được sử dụng trên bề mặt dưới của chip và duy trì một khu vực tiếp xúc nhất định để tản nhiệt thiết bị.

12. Thiết bị được kết nối với chất nền:

(1) Giảm thiểu chiều dài dây dẫn của thiết bị;

(2) Khi lựa chọn thiết bị công suất cao, tính dẫn nhiệt của vật liệu chì nên được xem xét, nếu có thể, hãy cố gắng chọn dây dẫn có phần lớn nhất;

(3) Chọn thiết bị có nhiều chân hơn.

13. Lựa chọn đóng gói cho thiết bị:

(1) Khi xem xét thiết kế nhiệt, vui lòng chú ý đến mô tả gói của thiết bị và độ dẫn nhiệt của nó;

(2) Xem xét việc cung cấp một đường dẫn nhiệt tốt giữa chất nền và gói thiết bị;

(3) Nên tránh tách không khí trong đường dẫn nhiệt. Nếu vậy, nó có thể được lấp đầy bằng vật liệu dẫn nhiệt.