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Einige Methoden des thermischen PCB-Designs

2019-03-23 14:16:56
1 Kühlung durch die Platine selbst

Derzeit weit verbreitete PCB-Platten sind Kupfer-Mantel / Epoxidglas-Gewebesubstrate oder Phenolharz-Glasgewebesubstrate, und es wird eine kleine Menge von auf Papier basierenden Kupfer-Mantelfolien verwendet. Obwohl diese Substrate ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften aufweisen, weisen sie eine schlechte Wärmeableitung auf.

Es ist kaum zu erwarten, dass als Wärmeableitungspfad für Komponenten, die stark wärmeerzeugen, Wärme vom Harz der Leiterplatte selbst geleitet wird, sondern Wärme von der Oberfläche der Komponente an die Umgebungsluft abführt.

Da elektronische Produkte jedoch in die Ära der Miniaturisierung, der Montage mit hoher Dichte und der Montage mit hoher Hitze eintreten, reicht es nicht aus, Wärme von der Oberfläche eines Bauteils mit einer sehr kleinen Oberfläche abzuleiten.




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Gleichzeitig wird aufgrund der großen Anzahl von oberflächenmontierten Komponenten wie QFP und BGA die von den Komponenten erzeugte Wärme in großer Menge auf die Leiterplatte übertragen.

Daher ist der beste Weg zum Lösen der Wärmeableitung die Verbesserung der Wärmeableitungsfähigkeit der PCB selbst in direktem Kontakt mit den wärmeerzeugenden Komponenten. Herausgeführt oder emittiert.


2 wärmeerzeugende Vorrichtung plus Kühlkörper, wärmeleitende Platte

Wenn sich auf der PCB einige Geräte befinden, die eine große Wärmemenge erzeugen (weniger als 3), kann der Wärmeerzeugungsvorrichtung ein Kühlkörper oder ein Wärmerohr hinzugefügt werden.

Wenn die Temperatur nicht gesenkt werden kann, kann ein Kühlkörper mit Lüfter verwendet werden, um die Wärmeableitung zu verbessern. bewirken. Wenn die Menge an wärmeerzeugenden Vorrichtungen groß ist (mehr als 3), kann eine große wärmeableitende Abdeckung (Platte) verwendet werden, die eine spezielle Wärmesenke ist, die an die Position und Höhe der wärmeerzeugenden Vorrichtung angepasst ist PCB oder einen großen flachen Kühlkörper.

Die oberen und unteren Teile der verschiedenen Komponenten werden platziert. Der Hitzeschild ist integral an der Bauteiloberfläche befestigt und steht mit jedem Bauteil in Kontakt, um Wärme abzuleiten.

Aufgrund der schlechten Konsistenz der Komponenten während des Lötens ist der Wärmeableitungseffekt jedoch nicht gut. Um die Wärmeableitung zu verbessern, wird der Bauteiloberfläche normalerweise ein weiches thermisches Kissen mit Phasenwechsel hinzugefügt.


3 Bei Geräten mit freier Konvektionsluftkühlung ist es am besten, die integrierten Schaltkreise (oder andere Geräte) vertikal oder horizontal lang anzuordnen.

4 Verwenden Sie vernünftige Verdrahtungskonzepte, um die Wärmeableitung zu erreichen

Da das Harz in der Folie eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist und die Kupferfolienleitung und das Loch gute Wärmeleiter sind, sind das Erhöhen des Kupferfolienrestverhältnisses und das Erhöhen des Wärmeleitungslochs die Hauptmittel für die Wärmeableitung.




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Um die Wärmeableitungsfähigkeit einer Leiterplatte zu bewerten, ist es erforderlich, die äquivalente Wärmeleitfähigkeit (neun Äquivalente) eines Verbundmaterials zu berechnen, das aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besteht.

5 Geräte auf derselben Leiterplatte sollten so weit wie möglich nach ihrer Wärmeerzeugung und Wärmeableitung angeordnet werden.

In der Kühlung sollten Geräte mit geringer oder geringer Hitzebeständigkeit (wie Kleinsignaltransistoren, integrierte Schaltkreise, Elektrolytkondensatoren usw.) platziert werden.

Die oberste Strömung (im Einlass) des Luftstroms, Geräte mit hoher Hitze oder guter Hitzebeständigkeit (wie Leistungstransistoren, große integrierte Schaltkreise usw.) sind am weitesten stromabwärts des Kühlluftstroms angeordnet.

6 In horizontaler Richtung sind die Hochleistungsgeräte so nahe wie möglich am Rand der Leiterplatte angeordnet, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen. In vertikaler Richtung sind die Hochleistungsgeräte so nahe wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, um die Temperatur anderer Geräte zu senken, während diese Geräte in Betrieb sind. Einflüsse.


7 Die Wärmeableitung der Leiterplatte in der Ausrüstung hängt hauptsächlich von der Luftströmung ab. Daher sollte der Luftströmungspfad während des Entwurfs untersucht und das Gerät oder die Leiterplatte ordnungsgemäß konfiguriert werden. Wenn die Luft strömt, neigt sie dazu, an einem Ort mit geringem Widerstand zu strömen.




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Vermeiden Sie daher bei der Konfiguration des Geräts auf der Leiterplatte einen großen Luftraum in einem bestimmten Bereich. Das gleiche Problem sollte bei der Konfiguration mehrerer Leiterplatten in der gesamten Maschine festgestellt werden.

8 Temperaturempfindliche Geräte sollten im niedrigsten Temperaturbereich (z. B. auf der Unterseite des Geräts) aufgestellt werden. Stellen Sie das Gerät nicht direkt über dem Heizgerät auf. Mehrere Geräte sind vorzugsweise in einer horizontalen Ebene versetzt.


9 Platzieren Sie das Gerät mit dem höchsten Stromverbrauch und maximaler Wärmeentwicklung in der Nähe der besten Wärmeabgabeposition.

Platzieren Sie kein Gerät mit einer höheren Hitze an den Ecken und Randkanten der Leiterplatte, wenn sich nicht ein Kühlkörper in der Nähe befindet. Wählen Sie beim Entwurf des Leistungswiderstands möglichst ein größeres Gerät und haben Sie ausreichend Platz für die Wärmeabfuhr, wenn Sie das Layout der Leiterplatte anpassen.

10 HF-Leistungsverstärker oder LED-Platinen verwenden ein Metallsubstrat.

11 Vermeiden Sie die Konzentration von heißen Stellen auf der Leiterplatte, verteilen Sie die Leistung so gleichmäßig wie möglich auf der Leiterplatte und halten Sie die Temperaturleistung der Leiterplattenoberfläche gleichmäßig und konstant.

Es ist oft schwierig, eine strikte gleichmäßige Verteilung während des Entwurfsprozesses zu erreichen, es ist jedoch notwendig, Bereiche zu vermeiden, in denen die Leistungsdichte zu hoch ist, um zu vermeiden, dass heiße Stellen den normalen Betrieb der gesamten Schaltung beeinträchtigen.

Bei Bedarf ist es erforderlich, eine thermische Leistungsanalyse von gedruckten Schaltungen durchzuführen. Zum Beispiel können die Softwaremodule für die Analyse des thermischen Leistungsindex, die in einigen professionellen PCB-Design-Software hinzugefügt werden, den Konstrukteuren dabei helfen, das Schaltungsdesign zu optimieren.