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Comment gérer le refroidissement des cartes de circuits imprimés

  • Auteur:o-leader.
  • Source:o-leading.com
  • Relâchez le:2019-02-26

I. Analyse des facteurs d'élévation de température des circuits imprimés

La cause directe de l'élévation de température de la carte imprimée est due à l'existence de dispositifs de consommation d'énergie de circuit. Les appareils électroniques consomment différents degrés d'énergie et l'intensité de la production de chaleur varie en fonction de la consommation électrique.





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Deux phénomènes d'élévation de température dans les cartes imprimées:

(1) élévation de la température locale ou augmentation importante de la température de la zone;

(2) Élévation de la température à court terme ou à long terme.


Lors de l'analyse de la consommation d'énergie thermique des PCB, celle-ci est généralement analysée sous les aspects suivants.


Consommation électrique

(1) Analyse de la consommation d'énergie par unité de surface;

(2) Analysez la répartition de la consommation d'énergie sur le circuit imprimé.


2. Structure du carton imprimé

(1) la taille de la carte imprimée;

(2) Le matériel de la carte imprimée.


3. Comment installer la carte imprimée

(1) Méthode d'installation (telle que l'installation verticale, l'installation horizontale);

(2) Condition d'étanchéité et distance du boîtier.


4. Rayonnement thermique

(1) l'émissivité de la surface du circuit imprimé;

(2) la différence de température entre la carte imprimée et la surface adjacente et leur température absolue;






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5 conduction thermique

(1) installer un radiateur;

(2) Conduction d'autres éléments structurels de montage.


6. convection de la chaleur

(1) convection naturelle;

(2) Convection forcée de refroidissement.


L’analyse des facteurs ci-dessus à partir du circuit imprimé est un moyen efficace de résoudre l’augmentation de la température du circuit imprimé. Ces facteurs sont souvent liés et dépendants dans un produit et un système. La plupart des facteurs doivent être analysés en fonction de la situation réelle, mais uniquement pour une situation spécifique. Dans des conditions réelles, des paramètres tels que l'élévation de température et la consommation d'énergie peuvent être calculés ou estimés correctement.


Deuxièmement, la méthode de refroidissement de la carte de circuit

1. Dispositif générateur de chaleur élevée avec dissipateur de chaleur et plaque conductrice de chaleur

Lorsque quelques circuits dans le circuit imprimé génèrent une grande quantité de chaleur (moins de 3), un dissipateur de chaleur ou un caloduc peut être ajouté au dispositif de génération de chaleur. Lorsque la température ne peut pas être abaissée, un dissipateur thermique avec ventilateur peut être utilisé pour améliorer la dissipation de chaleur. effet. Lorsque la quantité de dispositifs générant de la chaleur est importante (plus de 3), vous pouvez utiliser un grand couvercle (plaque) dissipant la chaleur, qui est un dissipateur thermique dédié, personnalisé en fonction de la position et de la hauteur du dispositif PCB ou un grand dissipateur de chaleur à plaque plate. Les parties supérieure et inférieure des différents composants sont placées. Le bouclier thermique est intégralement fixé à la surface du composant et est en contact avec chaque composant pour dissiper la chaleur. Cependant, en raison de la mauvaise consistance des composants lors du brasage, l’effet de dissipation thermique n’est pas bon. Un tampon thermique à changement de phase thermique doux est généralement ajouté à la surface du composant pour améliorer la dissipation de chaleur.


2. Refroidissement à travers le circuit imprimé lui-même

Les feuilles de PCB couramment utilisées actuellement sont des substrats en tissu de verre revêtu de cuivre / époxy ou des substrats en tissu de verre en résine phénolique, et une petite quantité de feuilles revêtues de cuivre à base de papier est utilisée. Bien que ces substrats présentent d'excellentes propriétés électriques et de traitement, ils ont une faible dissipation de chaleur. En tant que voie de dissipation de la chaleur pour les composants générant beaucoup de chaleur, il est peu probable que la chaleur de la résine du circuit imprimé lui-même soit conduite, mais qu'elle dissipe la chaleur de la surface du composant vers l'air ambiant. Cependant, les produits électroniques étant entrés dans l'ère de la miniaturisation, du montage haute densité et de l'assemblage à haute température, il ne suffit pas de dissiper la chaleur de la surface d'un composant de très petite surface. Dans le même temps, en raison du grand nombre de composants montés en surface tels que QFP et BGA, la chaleur générée par les composants est transférée sur le circuit imprimé en grande quantité. Par conséquent, le meilleur moyen de résoudre le problème de la dissipation thermique consiste à améliorer la capacité de dissipation thermique du circuit imprimé lui-même en contact direct avec les composants générant de la chaleur. Conduit ou émis.






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3. Utilisez une conception de câblage raisonnable pour obtenir une dissipation de chaleur


Comme la résine dans la feuille a une conductivité thermique médiocre et que la ligne de feuille de cuivre et le trou sont de bons conducteurs de chaleur, l'augmentation du rapport résiduel de la feuille de cuivre et l'augmentation du trou de conduction thermique constituent le principal moyen de dissipation de chaleur.


Pour évaluer la capacité de dissipation de la chaleur d'un circuit imprimé, il est nécessaire de calculer la conductivité thermique équivalente (neuf équivalents) d'un matériau composite composé de divers matériaux ayant des coefficients de conductivité thermique différents.


4. Pour les dispositifs qui utilisent le refroidissement par air par convection libre, il est préférable de disposer les circuits intégrés (ou autres dispositifs) de manière verticale ou horizontale.


5. Les dispositifs sur la même carte imprimée doivent être placés aussi loin que possible en fonction de leur génération de chaleur et de leur dissipation de chaleur. Les appareils à faible chaleur ou faible résistance à la chaleur (tels que les petits transistors de signal, les circuits intégrés à petite échelle, les condensateurs électrolytiques, etc.) doivent être installés. Le flux le plus élevé (à l'entrée) du flux d'air de refroidissement, le dispositif générant une grande quantité de chaleur (tel qu'un transistor de puissance, un circuit intégré à grande échelle, etc.) est placé au maximum en aval du circuit de refroidissement. flux d'air.


6. Dans le sens horizontal, les périphériques haute puissance sont placés aussi près que possible du bord de la carte imprimée pour raccourcir le chemin de transfert de chaleur; dans le sens vertical, les périphériques haute puissance sont placés le plus près possible du haut de la carte imprimée afin de réduire la température des autres périphériques pendant le fonctionnement de ces derniers. Impact.


7. Les dispositifs sensibles à la température doivent être placés dans la zone de température la plus basse (comme le bas de l'appareil). Ne le placez pas directement au-dessus de l'appareil de chauffage. Plusieurs dispositifs sont de préférence décalés sur un plan horizontal.


8. La dissipation de chaleur de la carte de circuit imprimé dans le dispositif dépend principalement du flux d'air. Le chemin du flux d'air doit donc être étudié pendant la conception et le dispositif ou la carte de circuit imprimé doit être correctement configuré. Lorsque l'air circule, il a tendance à circuler dans un endroit peu résistant. Par conséquent, lors de la configuration du dispositif sur la carte de circuit imprimé, évitez de laisser un grand espace d'air dans une certaine zone. Le même problème doit être noté dans la configuration de plusieurs cartes de circuit imprimé dans la machine entière.






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9. Évitez la concentration de points chauds sur le circuit imprimé, répartissez autant que possible l'alimentation uniformément sur le circuit imprimé et maintenez la performance de température de la surface du circuit imprimé uniforme. Il est souvent difficile d’obtenir une distribution uniforme et stricte au cours du processus de conception, mais il est nécessaire d’éviter les zones où la densité de puissance est trop élevée, afin d’éviter que les points chauds nuisent au bon fonctionnement de l’ensemble du circuit. Si nécessaire, il est nécessaire d'effectuer une analyse de performance thermique des circuits imprimés. Par exemple, les modules de logiciel d'analyse des indices de performance thermique ajoutés à certains logiciels de conception de circuits imprimés professionnels peuvent aider les concepteurs à optimiser la conception de circuits.


10. Placez l'appareil avec la consommation d'énergie la plus élevée et la génération de chaleur maximale à proximité du meilleur emplacement pour la dissipation de chaleur. Ne placez pas un périphérique avec une chaleur plus élevée sur les coins et les bords périphériques de la carte imprimée à moins qu'un dissipateur de chaleur ne soit placé à proximité. Lors de la conception de la résistance de puissance, choisissez autant que possible un périphérique plus grand et disposez de suffisamment d'espace pour dissiper la chaleur lors du réglage de la disposition de la carte imprimée.


11. Les dispositifs de dissipation de chaleur élevée devraient minimiser la résistance thermique entre eux lorsqu'ils sont connectés au substrat. Afin de mieux répondre aux exigences en matière de caractéristiques thermiques, certains matériaux thermoconducteurs (tels qu'une couche de gel de silice thermique) peuvent être utilisés sur la surface inférieure de la puce et une certaine zone de contact est maintenue afin que le dispositif puisse dissiper la chaleur.


12. Connexion appareil à substrat:

(1) Minimiser la longueur des fils de l'appareil;

(2) Lors de la sélection d'un appareil de grande puissance, il convient de prendre en compte la conductivité thermique du matériau du plomb et, si possible, d'essayer de sélectionner la section transversale maximale du conducteur;

(3) Sélectionnez un périphérique avec un grand nombre de broches.


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(1) Lorsque vous envisagez une conception thermique, faites attention à la description de l'emballage du dispositif et à sa conductivité thermique;

(2) Il convient de prévoir un bon chemin de conduction thermique entre le substrat et le boîtier du dispositif.

(3) Il convient d'éviter les cloisons d'air sur le trajet de conduction thermique. Dans ce cas, un matériau thermoconducteur peut être utilisé pour le remplissage.


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