Die von elektronischen Geräten während des Betriebs erzeugte Wärme führt dazu, dass die Innentemperatur der Geräte schnell ansteigt. Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt wird, heizt sich das Gerät weiter auf, das Gerät fällt aufgrund von Überhitzung aus und die Zuverlässigkeit der elektronischen Ausrüstung nimmt ab. Daher ist es sehr wichtig, die Wärme an die Leiterplatte abzuleiten.

Faktoranalyse des Temperaturanstiegs von Leiterplatten

Die direkte Ursache für den Temperaturanstieg der Leiterplatte ist das Vorhandensein von Strom verbrauchenden Schaltkreisgeräten. Elektronische Geräte verbrauchen unterschiedlich viel Strom und die Wärmeintensität ändert sich mit dem Stromverbrauch.

Zwei Phänomene des Temperaturanstiegs in Leiterplatten:
(1) Lokaler Temperaturanstieg oder großflächiger Temperaturanstieg;
(2) Kurzfristiger Temperaturanstieg oder langfristiger Temperaturanstieg.

Bei der Analyse des thermischen Stromverbrauchs von Leiterplatten werden im Allgemeinen die folgenden Aspekte berücksichtigt.

Stromverbrauch
(1) Analysieren Sie den Stromverbrauch pro Flächeneinheit.
(2) Analysieren Sie die Verteilung des Stromverbrauchs auf der Leiterplatte.

2. Die Struktur der Leiterplatte
(1) Die Größe der Leiterplatte;
(2) Material der Leiterplatte.

3. Installationsmethode der Leiterplatte
(1) Installationsmethode (z. B. vertikale Installation und horizontale Installation);
(2) Dichtungszustand und Abstand vom Gehäuse.

4. Wärmestrahlung
(1) Emissionsgrad der Leiterplattenoberfläche;
(2) Der Temperaturunterschied zwischen der Leiterplatte und der angrenzenden Oberfläche und deren absolute Temperatur;

5. Wärmeleitung
(1) Den Kühler einbauen;
(2) Leitung sonstiger Installationsbauteile.

6. Thermische Konvektion
(1) Natürliche Konvektion;
(2) Erzwungene Kühlkonvektion.

Die Analyse der oben genannten Faktoren der Leiterplatte ist eine effektive Möglichkeit, den Temperaturanstieg der Leiterplatte zu beheben. Diese Faktoren hängen in einem Produkt und System häufig zusammen und sind voneinander abhängig. Die meisten Faktoren sollten entsprechend der tatsächlichen Situation analysiert werden, nur für eine bestimmte tatsächliche Situation. Nur in dieser Situation können die Parameter Temperaturanstieg und Stromverbrauch korrekt berechnet bzw. abgeschätzt werden.

Kühlmethode für Leiterplatten

1. Stark wärmeerzeugendes Gerät plus Kühlkörper und Wärmeleitplatte
Wenn einige wenige Geräte auf der Leiterplatte eine große Wärmemenge erzeugen (weniger als 3), kann dem wärmeerzeugenden Gerät ein Kühlkörper oder ein Wärmerohr hinzugefügt werden. Wenn die Temperatur nicht gesenkt werden kann, kann ein Kühlkörper mit Lüfter verwendet werden, um den Wärmeableitungseffekt zu verbessern. Bei mehreren Heizgeräten (mehr als 3) kann eine große Wärmeableitungsabdeckung (Platine) verwendet werden. Es handelt sich um einen speziellen Heizkörper, der entsprechend der Position und Höhe des Heizgeräts auf der Leiterplatte oder bei einem großen Flachheizkörper angepasst wird. Schneiden Sie die Höhe verschiedener Komponenten aus. Befestigen Sie die Wärmeableitungsabdeckung an der Komponentenoberfläche und berühren Sie jede Komponente, um die Wärme abzuleiten. Aufgrund der schlechten Konsistenz der Bauteile beim Zusammenbau und Schweißen ist die Wärmeableitungswirkung jedoch nicht gut. Normalerweise wird auf der Komponentenoberfläche ein weiches Wärmeleitpad mit Phasenwechsel angebracht, um den Wärmeableitungseffekt zu verbessern.

2. Wärmeableitung durch die Leiterplatte selbst
Derzeit sind die am häufigsten verwendeten PCB-Platten kupferkaschierte/Epoxidglasgewebe-Substrate oder Phenolharz-Glasgewebesubstrate, und eine kleine Menge kupferkaschierter Platten auf Papierbasis wird verwendet. Obwohl diese Substrate eine hervorragende elektrische Leistung und Verarbeitungsleistung aufweisen, weisen sie eine schlechte Wärmeableitung auf. Als Wärmeableitungsweg für stark wärmeerzeugende Komponenten ist von der Leiterplatte selbst kaum zu erwarten, dass sie die Wärme vom Harz der Leiterplatte ableitet, sondern dass sie die Wärme von der Oberfläche der Komponente an die Umgebungsluft ableitet. Da elektronische Produkte jedoch in die Ära der Miniaturisierung von Komponenten, der Installation mit hoher Dichte und der Montage mit hoher Hitze eingetreten sind, reicht es nicht aus, sich zur Wärmeableitung auf die Oberfläche von Komponenten mit sehr kleiner Oberfläche zu verlassen. Gleichzeitig wird durch den starken Einsatz oberflächenmontierter Komponenten wie QFP und BGA die von den Komponenten erzeugte Wärme in großen Mengen auf die Leiterplatte übertragen. Daher besteht der beste Weg, das Problem der Wärmeableitung zu lösen, darin, die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte selbst in direktem Kontakt mit dem Heizelement zu verbessern. Leiten oder aussenden.

3. Nehmen Sie ein angemessenes Routing-Design an, um eine Wärmeableitung zu erreichen
Da die Wärmeleitfähigkeit des Harzes in der Folie schlecht ist und die Kupferfolienleitungen und -löcher gute Wärmeleiter sind, sind die Verbesserung der Kupferfolien-Restrate und die Vergrößerung der Wärmeleitungslöcher die wichtigsten Mittel zur Wärmeableitung.
Um die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte zu bewerten, muss die äquivalente Wärmeleitfähigkeit (neun Äquivalente) des Verbundmaterials berechnet werden, das aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besteht – dem isolierenden Substrat für die Leiterplatte.

4. Bei Geräten, die Luftkühlung durch freie Konvektion verwenden, ist es am besten, die integrierten Schaltkreise (oder andere Geräte) vertikal oder horizontal anzuordnen.

5. Geräte auf derselben Leiterplatte sollten möglichst nach ihrer Wärmeerzeugung und Wärmeableitung angeordnet werden. Geräte mit geringer Wärmeentwicklung oder geringer Wärmebeständigkeit (z. B. kleine Signaltransistoren, kleine integrierte Schaltkreise, Elektrolytkondensatoren usw.) werden im obersten Strom des Kühlluftstroms (am Eingang) platziert, Geräte mit großer Wärmeentwicklung oder gute Wärmebeständigkeit (z. B. Leistungstransistoren, hochintegrierte Schaltkreise usw.) werden am weitesten stromabwärts des Kühlluftstroms platziert.

6. In horizontaler Richtung sollten die Hochleistungsgeräte so nah wie möglich am Rand der Leiterplatte platziert werden, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen. In vertikaler Richtung sollten Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte platziert werden, um die Temperatur dieser Geräte bei Arbeiten an anderen Geräten zu verringern.

7. Das temperaturempfindliche Gerät wird am besten an der Stelle mit der niedrigsten Temperatur platziert (z. B. an der Unterseite des Geräts). Platzieren Sie es niemals direkt über dem wärmeerzeugenden Gerät. Mehrere Geräte werden vorzugsweise horizontal versetzt angeordnet.

8. Die Wärmeableitung der Leiterplatte im Gerät hängt hauptsächlich vom Luftstrom ab. Daher sollte der Luftströmungsweg bei der Konstruktion berücksichtigt und das Gerät oder die Leiterplatte angemessen konfiguriert werden. Wenn die Luft strömt, tendiert sie immer dazu, dort zu strömen, wo der Widerstand gering ist. Daher muss bei der Konfiguration von Geräten auf der Leiterplatte vermieden werden, dass in einem bestimmten Bereich ein großer Luftraum verbleibt. Auch die Konfiguration mehrerer Leiterplatten in der gesamten Maschine sollte dem gleichen Problem Rechnung tragen.

9. Vermeiden Sie die Konzentration von Hotspots auf der Leiterplatte, verteilen Sie die Leistung möglichst gleichmäßig auf der Leiterplatte und halten Sie die Temperaturleistung der Leiterplattenoberfläche gleichmäßig und konsistent. Es ist oft schwierig, im Designprozess eine streng gleichmäßige Verteilung zu erreichen, aber es ist notwendig, Bereiche mit zu hoher Leistungsdichte zu vermeiden, um Hotspots zu vermeiden, die den normalen Betrieb der gesamten Schaltung beeinträchtigen. Wenn die Bedingungen dies zulassen, ist eine Analyse der thermischen Effizienz gedruckter Schaltungen erforderlich. Beispielsweise können Softwaremodule zur Analyse des thermischen Effizienzindex, die in einige professionelle PCB-Designsoftware integriert werden, Designern dabei helfen, das Schaltungsdesign zu optimieren.