Diese 10 einfachen und praktischen Methoden zur Wärmeableitung von Leiterplatten

Von PCB World

Bei elektronischen Geräten entsteht während des Betriebs eine gewisse Wärmemenge, sodass die Innentemperatur des Geräts schnell ansteigt.Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt wird, heizt sich das Gerät weiter auf und das Gerät fällt aufgrund von Überhitzung aus.Die Zuverlässigkeit der Leistung elektronischer Geräte nimmt ab.

Daher ist es sehr wichtig, eine gute Wärmeableitungsbehandlung auf der Leiterplatte durchzuführen.Die Wärmeableitung der PCB-Leiterplatte ist ein sehr wichtiges Glied. Was also die Wärmeableitungstechnik der PCB-Leiterplatte ist, lassen Sie uns weiter unten gemeinsam besprechen.

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Wärmeableitung durch die Leiterplatte selbst. Die derzeit am häufigsten verwendeten Leiterplatten sind kupferkaschierte/Epoxidglasgewebe-Substrate oder Phenolharz-Glasgewebesubstrate, und in geringer Menge werden kupferkaschierte Platten auf Papierbasis verwendet.

Obwohl diese Substrate hervorragende elektrische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften aufweisen, weisen sie eine schlechte Wärmeableitung auf.Als Wärmeableitungsmethode für sich stark erhitzende Komponenten ist es fast unmöglich zu erwarten, dass die Wärme vom Harz der Leiterplatte selbst geleitet wird, sondern dass die Wärme von der Oberfläche der Komponente an die Umgebungsluft abgeleitet wird.

Da elektronische Produkte jedoch in die Ära der Miniaturisierung von Komponenten, der Montage mit hoher Dichte und der Montage mit hoher Erwärmung eingetreten sind, reicht es nicht aus, sich zur Wärmeableitung auf die Oberfläche einer Komponente mit einer sehr kleinen Oberfläche zu verlassen.

Gleichzeitig wird aufgrund der umfangreichen Verwendung von oberflächenmontierbaren Komponenten wie QFP und BGA die von den Komponenten erzeugte Wärme in großem Umfang auf die Leiterplatte übertragen.Daher besteht der beste Weg, das Problem der Wärmeableitung zu lösen, darin, die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte selbst zu verbessern, die in direktem Kontakt mit dem Heizelement steht.Geleitet oder abgestrahlt.

PCB-Layout
Wärmeempfindliche Geräte werden im Kaltwindbereich platziert.

Das Temperaturerfassungsgerät wird an der heißesten Position platziert.

Die Geräte auf derselben Leiterplatte sollten möglichst nach Heizwert und Wärmeableitungsgrad angeordnet werden.Geräte mit geringem Heizwert oder geringer Wärmebeständigkeit (z. B. kleine Signaltransistoren, kleine integrierte Schaltkreise, Elektrolytkondensatoren usw.) sollten im Kühlluftstrom platziert werden.Die oberste Strömung (am Eingang), die Geräte mit großer Hitze oder Hitzewiderstand (wie Leistungstransistoren, hochintegrierte Schaltkreise usw.) werden am weitesten stromabwärts des Kühlluftstroms platziert.

In horizontaler Richtung werden Hochleistungsgeräte möglichst nah am Rand der Leiterplatte platziert, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen;In vertikaler Richtung werden Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte platziert, um den Einfluss dieser Geräte auf die Temperatur anderer Geräte während des Betriebs zu verringern.

Die Wärmeableitung der Leiterplatte im Gerät hängt hauptsächlich vom Luftstrom ab. Daher sollte der Luftströmungsweg während des Entwurfs untersucht und das Gerät oder die Leiterplatte angemessen konfiguriert werden.

Während des Designprozesses ist es oft schwierig, eine streng gleichmäßige Verteilung zu erreichen, aber Bereiche mit zu hoher Leistungsdichte müssen vermieden werden, um zu verhindern, dass Hotspots den normalen Betrieb der gesamten Schaltung beeinträchtigen.

Wenn möglich, ist es notwendig, den thermischen Wirkungsgrad der gedruckten Schaltung zu analysieren.Beispielsweise kann das Softwaremodul zur Analyse des thermischen Effizienzindex, das in einigen professionellen PCB-Designsoftwares hinzugefügt wird, Designern dabei helfen, das Schaltungsdesign zu optimieren.

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Stark wärmeerzeugende Komponenten sowie Heizkörper und Wärmeleitplatten.Wenn eine kleine Anzahl von Komponenten auf der Leiterplatte eine große Wärmemenge erzeugen (weniger als 3), kann ein Kühlkörper oder ein Wärmerohr zu den wärmeerzeugenden Komponenten hinzugefügt werden.Wenn die Temperatur nicht gesenkt werden kann, kann ein Heizkörper mit Lüfter verwendet werden, um den Wärmeableitungseffekt zu verbessern.

Wenn die Anzahl der Heizgeräte groß ist (mehr als 3), kann eine große Wärmeableitungsabdeckung (Platine) verwendet werden, bei der es sich um einen speziellen Kühlkörper handelt, der an die Position und Höhe des Heizgeräts auf der Leiterplatte oder einer großen Wohnung angepasst wird Kühlkörper Verschiedene Komponentenhöhenpositionen ausschneiden.Die Wärmeableitungsabdeckung ist fest mit der Oberfläche der Komponente verbunden und berührt jede Komponente, um die Wärme abzuleiten.

Allerdings ist der Wärmeableitungseffekt aufgrund der schlechten Höhenkonstanz beim Zusammenbau und Schweißen der Bauteile nicht gut.Normalerweise wird auf der Oberfläche der Komponente ein weiches Wärmeleitpad mit Phasenwechsel angebracht, um den Wärmeableitungseffekt zu verbessern.

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Bei Geräten mit Luftkühlung durch freie Konvektion ist es am besten, integrierte Schaltkreise (oder andere Geräte) vertikal oder horizontal anzuordnen.

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Verwenden Sie ein angemessenes Verdrahtungsdesign, um die Wärmeableitung zu gewährleisten.Da das Harz in der Platte eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist und die Kupferfolienleitungen und -löcher gute Wärmeleiter sind, sind die Erhöhung der verbleibenden Kupferfolienrate und die Vergrößerung der Wärmeleitungslöcher die Hauptmittel zur Wärmeableitung.Um die Wärmeableitungskapazität der Leiterplatte zu bewerten, muss die äquivalente Wärmeleitfähigkeit (neun Äquivalente) des Verbundmaterials berechnet werden, das aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit besteht – dem isolierenden Substrat für die Leiterplatte.

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Die Geräte auf derselben Leiterplatte sollten möglichst nach Heizwert und Wärmeableitungsgrad angeordnet werden.Geräte mit niedrigem Heizwert oder geringer Wärmebeständigkeit (z. B. Kleinsignaltransistoren, kleine integrierte Schaltkreise, Elektrolytkondensatoren usw.) sollten im Kühlluftstrom platziert werden.Die oberste Strömung (am Eingang), die Geräte mit großer Hitze oder Hitzewiderstand (wie Leistungstransistoren, hochintegrierte Schaltkreise usw.) werden am weitesten stromabwärts des Kühlluftstroms platziert.

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In horizontaler Richtung werden die Hochleistungsgeräte möglichst nah am Rand der Leiterplatte angeordnet, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen;In vertikaler Richtung sind die Hochleistungsgeräte so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, um den Einfluss dieser Geräte auf die Temperatur anderer Geräte zu verringern..

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Die Wärmeableitung der Leiterplatte im Gerät hängt hauptsächlich vom Luftstrom ab. Daher sollte der Luftströmungsweg während des Entwurfs untersucht und das Gerät oder die Leiterplatte angemessen konfiguriert werden.

Wenn Luft strömt, neigt sie immer dazu, an Stellen mit geringem Widerstand zu strömen. Vermeiden Sie daher bei der Konfiguration von Geräten auf einer Leiterplatte, in einem bestimmten Bereich einen großen Luftraum zu lassen.

Auch die Konfiguration mehrerer Leiterplatten in der gesamten Maschine sollte dem gleichen Problem Rechnung tragen.

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Das temperaturempfindliche Gerät wird am besten im Bereich mit der niedrigsten Temperatur platziert (z. B. auf der Unterseite des Geräts).Platzieren Sie es niemals direkt über dem Heizgerät.Am besten ist es, mehrere Geräte horizontal zu versetzen.

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Platzieren Sie die Geräte mit dem höchsten Stromverbrauch und der höchsten Wärmeentwicklung in der Nähe der besten Position für die Wärmeableitung.Platzieren Sie keine stark erhitzenden Geräte an den Ecken und Randkanten der Leiterplatte, es sei denn, in der Nähe ist ein Kühlkörper angeordnet.Wählen Sie beim Entwurf des Leistungswiderstands ein möglichst größeres Gerät und sorgen Sie beim Anpassen des Layouts der Leiterplatte dafür, dass genügend Platz für die Wärmeableitung vorhanden ist.

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Vermeiden Sie die Konzentration von Hotspots auf der Leiterplatte, verteilen Sie die Leistung möglichst gleichmäßig auf der Leiterplatte und sorgen Sie für eine gleichmäßige und konsistente Leistung der Leiterplattenoberflächentemperatur.