Come gestire il raffreddamento della scheda PCB
I. Analisi dei fattori di aumento della temperatura dei circuiti stampati
La causa diretta dell'aumento di temperatura della scheda stampata è dovuta all'esistenza di dispositivi per il consumo di energia del circuito. I dispositivi elettronici hanno diversi gradi di consumo energetico e l'intensità della generazione di calore varia a seconda del consumo energetico.
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Due fenomeni di aumento della temperatura nei pannelli stampati:
(1) aumento della temperatura locale o aumento della temperatura di un'ampia area;
(2) Aumento della temperatura a breve termine o aumento della temperatura a lungo termine.
Analizzando il consumo di energia termica del PCB, viene generalmente analizzato dai seguenti aspetti.
Consumo di energia elettrica
(1) Analisi del consumo energetico per unità di area;
(2) Analizzare la distribuzione del consumo di energia sulla scheda PCB.
2. Struttura della scheda stampata
(1) la dimensione del tabellone stampato;
(2) Il materiale del cartone stampato.
3. Come installare la scheda stampata
(1) Metodo di installazione (come installazione verticale, installazione orizzontale);
(2) Condizioni di tenuta e distanza dall'involucro.
4. Radiazione termica
(1) l'emissività della superficie del pannello stampato;
(2) la differenza di temperatura tra il pannello stampato e la superficie adiacente e la loro temperatura assoluta;
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5 conduzione di calore
(1) installazione di un radiatore;
(2) Conduzione di altri elementi strutturali di montaggio.
6. Convezione di calore
(1) convezione naturale;
(2) Convezione forzata di raffreddamento.
L'analisi dei fattori di cui sopra dal PCB è un modo efficace per risolvere l'aumento di temperatura della scheda stampata. Questi fattori sono spesso correlati e dipendenti da un prodotto e un sistema. La maggior parte dei fattori deve essere analizzata in base alla situazione attuale, solo per una specifica In condizioni reali, i parametri come l'aumento della temperatura e il consumo energetico possono essere calcolati o stimati correttamente.
In secondo luogo, il metodo di raffreddamento del circuito stampato
1. Elevato generatore di calore con dissipatore di calore e piastra termo conduttiva
Quando nel PCB sono presenti alcuni dispositivi che generano una grande quantità di calore (meno di 3), è possibile aggiungere al dispositivo di generazione del calore un dissipatore di calore o un tubo di calore. Quando la temperatura non può essere abbassata, è possibile utilizzare un dissipatore di calore con una ventola per migliorare la dissipazione del calore. effetto. Quando la quantità di dispositivi generatori di calore è grande (superiore a 3), è possibile utilizzare un grande coperchio (piastra) dissipante il calore, che è un dissipatore dedicato personalizzato in base alla posizione e all'altezza del dispositivo di generazione del calore sul PCB o un grande dissipatore di calore a piastre piatte. Le parti superiore e inferiore dei diversi componenti sono posizionate. Lo scudo termico è solidalmente fissato alla superficie del componente ed è in contatto con ciascun componente per dissipare il calore. Tuttavia, a causa della scarsa consistenza dei componenti durante la saldatura, l'effetto di dissipazione del calore non è buono. Un cuscinetto termico morbido a cambiamento di fase termico viene solitamente aggiunto alla superficie del componente per migliorare la dissipazione del calore.
2. Raffreddamento attraverso la scheda PCB stessa
I fogli di PCB attualmente ampiamente utilizzati sono substrati di tessuto di vetro rivestiti di rame / resina epossidica o substrati di tessuto di vetro di resina fenolica e viene utilizzata una piccola quantità di fogli rivestiti di rame a base di carta. Sebbene questi substrati abbiano eccellenti proprietà elettriche e proprietà di lavorazione, hanno una scarsa dissipazione del calore. Come percorso di dissipazione del calore per componenti generatori di calore elevato, è difficile prevedere il calore dalla resina del PCB stesso, ma dissipare il calore dalla superficie del componente all'aria circostante. Tuttavia, poiché i prodotti elettronici sono entrati nell'era della miniaturizzazione, del montaggio ad alta densità e del montaggio ad alta temperatura, non è sufficiente dissipare il calore dalla superficie di un componente con una superficie molto piccola. Allo stesso tempo, a causa dell'elevato numero di componenti a montaggio superficiale come QFP e BGA, il calore generato dai componenti viene trasferito al PCB in grande quantità. Pertanto, il modo migliore per risolvere la dissipazione del calore è migliorare la capacità di dissipazione del calore del PCB stesso a diretto contatto con i componenti generatori di calore. Condotto fuori o emesso.
3. Utilizzare un cablaggio ragionevole per ottenere la dissipazione del calore
Poiché la resina nel foglio presenta una scarsa conduttività termica e la linea di lamina di rame e il foro sono buoni conduttori di calore, l'aumento del rapporto residuo di lamina di rame e l'aumento del foro di conduzione del calore sono i principali mezzi di dissipazione del calore.
Per valutare la capacità di dissipazione del calore di un PCB, è necessario calcolare la conducibilità termica equivalente (nove eq) di un materiale composito composto da vari materiali con coefficienti di conducibilità termica differenti.
4. Per i dispositivi che utilizzano il raffreddamento ad aria per convezione libero, è meglio disporre i circuiti integrati (o altri dispositivi) in modo verticale lungo o in modo orizzontale.
5. I dispositivi sulla stessa scheda stampata devono essere posizionati il più lontano possibile in base alla loro generazione di calore e alla dissipazione del calore. Dovrebbero essere collocati dispositivi con basso calore o scarsa resistenza al calore (come transistor di piccolo segnale, circuiti integrati su piccola scala, condensatori elettrolitici, ecc.). Il flusso più alto (all'ingresso) del flusso d'aria di raffreddamento, il dispositivo che genera una grande quantità di calore o di calore (come un transistor di potenza, un circuito integrato su larga scala, ecc.) È posizionato al punto più a valle del raffreddamento flusso d'aria.
6. Nella direzione orizzontale, i dispositivi ad alta potenza sono posizionati il più vicino possibile al bordo della scheda stampata per ridurre il percorso di trasferimento del calore; nella direzione verticale, i dispositivi ad alta potenza sono posizionati il più vicino possibile alla parte superiore della scheda stampata per ridurre la temperatura degli altri dispositivi mentre questi dispositivi sono in funzione. Impact.
7. I dispositivi sensibili alla temperatura devono essere collocati nell'area di temperatura più bassa (come la parte inferiore del dispositivo). Non posizionarlo direttamente sopra il dispositivo di riscaldamento. Preferibilmente, più dispositivi sono sfalsati su un piano orizzontale.
8. La dissipazione del calore del circuito stampato nel dispositivo dipende principalmente dal flusso d'aria, pertanto il percorso del flusso d'aria deve essere studiato durante la progettazione e il dispositivo o la scheda a circuito stampato devono essere configurati correttamente. Quando l'aria scorre, tende a fluire in un luogo con bassa resistenza. Pertanto, quando si configura il dispositivo sul circuito stampato, evitare di lasciare un ampio spazio d'aria in una determinata area. Lo stesso problema dovrebbe essere notato nella configurazione di più schede a circuito stampato nell'intera macchina.
Fabbrica di assemblaggio di PCB consegnato
9. Evitare la concentrazione di punti caldi sul PCB, distribuire il potere in modo uniforme sul PCB il più possibile e mantenere le prestazioni della temperatura della superficie del PCB uniformi e coerenti. Spesso è difficile ottenere una distribuzione uniforme e rigorosa durante il processo di progettazione, ma è necessario evitare aree in cui la densità di potenza è troppo elevata, in modo da evitare i punti caldi che influenzano il normale funzionamento dell'intero circuito. Se necessario, è necessario eseguire analisi delle prestazioni termiche dei circuiti stampati. Ad esempio, i moduli software di analisi dell'indice di prestazione termica aggiunti in alcuni software di progettazione PCB professionali possono aiutare i progettisti a ottimizzare la progettazione dei circuiti.
10. Posizionare il dispositivo con il massimo consumo energetico e la massima generazione di calore in prossimità della posizione migliore per la dissipazione del calore. Non posizionare un dispositivo con un calore più elevato sugli angoli e sui bordi periferici della scheda stampata a meno che non vi sia collocato un dissipatore di calore. Quando si progetta la resistenza di potenza, scegliere un dispositivo più grande il più possibile e avere abbastanza spazio per la dissipazione del calore durante la regolazione del layout della scheda stampata.
11. Gli alti dispositivi di dissipazione del calore dovrebbero minimizzare la resistenza termica tra di loro quando sono collegati al substrato. Per soddisfare al meglio i requisiti delle caratteristiche termiche, è possibile utilizzare alcuni materiali conduttivi termici (come uno strato di gel di silice termico) sulla superficie inferiore del chip e viene mantenuta una certa area di contatto affinché il dispositivo possa dissipare il calore.
12. Connessione da dispositivo a substrato:
(1) Ridurre al minimo la lunghezza dei cavi del dispositivo;
(2) Quando si seleziona un dispositivo ad alta potenza, si deve considerare la conducibilità termica del materiale di piombo e, se possibile, provare a selezionare la sezione trasversale massima del cavo;
(3) Selezionare un dispositivo con un numero elevato di pin.
Selezione del pacchetto per 13 dispositivi:
(1) Quando si considera la progettazione termica, prestare attenzione alla descrizione della confezione del dispositivo e alla sua conducibilità termica;
(2) Si dovrebbe prendere in considerazione la possibilità di fornire un buon percorso di conduzione termica tra il substrato e il pacchetto del dispositivo;
(3) Le partizioni dell'aria dovrebbero essere evitate sul percorso di conduzione del calore e, in tal caso, per il riempimento è possibile utilizzare un materiale termoconduttivo.
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