گرمای تولید شده توسط تجهیزات الکترونیکی در حین کار باعث می شود دمای داخلی تجهیزات به سرعت افزایش یابد. اگر گرما به موقع از بین نرود، تجهیزات همچنان به گرم شدن ادامه می دهند، دستگاه به دلیل گرمای بیش از حد از کار می افتد و قابلیت اطمینان تجهیزات الکترونیکی کاهش می یابد. بنابراین، دفع گرما به برد مدار بسیار مهم است.

تحلیل عاملی افزایش دمای برد مدار چاپی

علت مستقیم افزایش دمای برد چاپی به دلیل وجود دستگاه های برق مصرفی مدار است و دستگاه های الکترونیکی به درجات مختلفی مصرف برق دارند و شدت گرما با مصرف برق تغییر می کند.

دو پدیده افزایش دما در تابلوهای چاپی:
(1) افزایش دمای محلی یا افزایش دمای منطقه بزرگ؛
(2) افزایش کوتاه مدت دما یا افزایش طولانی مدت دما.

هنگام تجزیه و تحلیل مصرف برق حرارتی PCB، به طور کلی از جنبه های زیر.

مصرف برق
(1) مصرف برق در واحد سطح را تجزیه و تحلیل کنید.
(2) توزیع انرژی مصرفی روی برد مدار PCB را تجزیه و تحلیل کنید.

2. ساختار تابلو چاپی
(1) اندازه تخته چاپ شده؛
(2) مواد تخته چاپ شده.

3. روش نصب تخته چاپی
(1) روش نصب (مانند نصب عمودی و نصب افقی)؛
(2) وضعیت آب بندی و فاصله از پوشش.

4. تشعشع حرارتی
(1) انتشار سطح تخته چاپی؛
(2) تفاوت دما بین تخته چاپ شده و سطح مجاور و دمای مطلق آنها.

5. هدایت گرما
(1) رادیاتور را نصب کنید.
(2) انجام سایر قطعات ساختاری نصب.

6. همرفت حرارتی
(1) همرفت طبیعی؛
(2) همرفت خنک کننده اجباری.

تجزیه و تحلیل عوامل فوق از PCB یک راه موثر برای حل افزایش دمای برد چاپی است. این عوامل اغلب در یک محصول و سیستم مرتبط و وابسته هستند. بیشتر عوامل را باید با توجه به وضعیت واقعی، فقط برای یک موقعیت واقعی خاص، تحلیل کرد. تنها در این شرایط می توان پارامترهای افزایش دما و مصرف برق را به درستی محاسبه یا تخمین زد.

روش خنک کننده برد مدار

1. دستگاه مولد حرارت بالا به اضافه سینک حرارتی و صفحه رسانش گرما
هنگامی که چند دستگاه در PCB مقدار زیادی گرما تولید می کنند (کمتر از 3)، می توان یک هیت سینک یا لوله حرارتی را به دستگاه مولد گرما اضافه کرد. هنگامی که نمی توان دما را کاهش داد، می توان از یک هیت سینک با فن برای افزایش اثر اتلاف گرما استفاده کرد. وقتی وسایل گرمایشی بیشتر باشد (بیش از 3)، می توان از یک پوشش اتلاف حرارت بزرگ (تخته) استفاده کرد. این یک رادیاتور ویژه است که با توجه به موقعیت و ارتفاع دستگاه گرمایشی روی برد PCB یا در یک رادیاتور تخت بزرگ سفارشی شده است. ارتفاع اجزای مختلف را برش دهید. پوشش اتلاف حرارت را به سطح قطعه ببندید و برای دفع گرما با هر جزء تماس بگیرید. با این حال، به دلیل قوام ضعیف اجزاء در هنگام مونتاژ و جوش، اثر اتلاف گرما خوب نیست. معمولاً یک پد حرارتی تغییر فاز حرارتی نرم روی سطح قطعه اضافه می شود تا اثر اتلاف گرما را بهبود بخشد.

2. اتلاف گرما از طریق خود برد PCB
در حال حاضر، صفحات PCB که به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرلایه‌های پارچه شیشه‌ای با روکش مس/اپوکسی یا زیرلایه‌های پارچه شیشه‌ای رزین فنولیک هستند و مقدار کمی از صفحات با روکش مسی مبتنی بر کاغذ استفاده می‌شود. اگرچه این بسترها عملکرد الکتریکی و عملکرد پردازشی عالی دارند، اما اتلاف حرارت ضعیفی دارند. به عنوان یک مسیر اتلاف گرما برای اجزای با تولید گرما بالا، به سختی می توان انتظار داشت که PCB خود گرما را از رزین PCB هدایت کند، اما گرما را از سطح قطعه به هوای اطراف پخش کند. با این حال، از آنجایی که محصولات الکترونیکی وارد عصر کوچک سازی قطعات، نصب با تراکم بالا و مونتاژ با حرارت بالا شده اند، تکیه بر سطح قطعات با سطح بسیار کوچک برای دفع گرما کافی نیست. در عین حال، به دلیل استفاده زیاد از قطعات روی سطح مانند QFP و BGA، گرمای تولید شده توسط قطعات به مقدار زیادی به برد PCB منتقل می شود. بنابراین، بهترین راه برای حل اتلاف گرما، بهبود ظرفیت اتلاف حرارت خود PCB در تماس مستقیم با المنت حرارتی است. انجام دهید یا منتشر کنید.

3. طراحی مسیریابی معقول را برای دستیابی به اتلاف گرما اتخاذ کنید
از آنجایی که رسانایی حرارتی رزین در ورق ضعیف است و خطوط و سوراخ‌های فویل مسی رسانای خوبی برای گرما هستند، بهبود نرخ باقی‌مانده ورق مس و افزایش سوراخ‌های هدایت حرارتی ابزار اصلی اتلاف گرما هستند.
برای ارزیابی ظرفیت اتلاف حرارت PCB، لازم است که رسانایی حرارتی معادل (نه معادله) مواد کامپوزیتی متشکل از مواد مختلف با ضرایب هدایت حرارتی مختلف - بستر عایق برای PCB - محاسبه شود.

4. برای تجهیزاتی که از خنک کننده هوای همرفتی آزاد استفاده می کنند، بهتر است مدارهای مجتمع (یا سایر دستگاه ها) را به صورت عمودی یا افقی مرتب کنید.

5. دستگاه ها روی همان برد چاپی باید با توجه به تولید گرما و اتلاف حرارت تا حد امکان چیدمان شوند. دستگاه هایی با تولید گرمای کم یا مقاومت حرارتی ضعیف (مانند ترانزیستورهای سیگنال کوچک، مدارهای مجتمع در مقیاس کوچک، خازن های الکترولیتی و غیره) در بالاترین جریان جریان هوای خنک کننده (در ورودی)، دستگاه هایی با تولید گرمای زیاد یا مقاومت حرارتی خوب (مانند ترانزیستورهای قدرت، مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ و غیره) در پایین‌ترین قسمت جریان هوای خنک‌کننده قرار می‌گیرند.

6. در جهت افقی، دستگاه های پرقدرت باید تا حد امکان نزدیک به لبه برد چاپ شده قرار گیرند تا مسیر انتقال حرارت کوتاه شود. در جهت عمودی، دستگاه های پرقدرت باید تا حد امکان نزدیک به بالای برد چاپ شده قرار گیرند تا دمای این دستگاه ها هنگام کار بر روی دستگاه های دیگر کاهش یابد.

7. دستگاه حساس به دما بهتر است در ناحیه ای با کمترین دما (مانند پایین دستگاه) قرار گیرد. هرگز آن را مستقیماً بالای دستگاه مولد گرما قرار ندهید. چندین دستگاه ترجیحاً در سطح افقی قرار می گیرند.

8. اتلاف حرارت برد چاپی در تجهیزات عمدتاً به جریان هوا بستگی دارد، بنابراین مسیر جریان هوا باید در طراحی مطالعه شود و دستگاه یا برد مدار چاپی باید به طور منطقی پیکربندی شود. هنگامی که هوا جریان دارد، همیشه تمایل دارد تا جایی که مقاومت کوچک است جریان یابد، بنابراین هنگام پیکربندی دستگاه ها بر روی برد مدار چاپی، لازم است از باقی ماندن فضای بزرگ هوا در یک منطقه خاص جلوگیری شود. پیکربندی چندین برد مدار چاپی در کل دستگاه نیز باید به همین مشکل توجه داشته باشد.

9. از تمرکز نقاط داغ روی PCB خودداری کنید، برق را تا حد امکان به طور مساوی روی PCB توزیع کنید و عملکرد دمای سطح PCB را یکنواخت و ثابت نگه دارید. اغلب دستیابی به توزیع یکنواخت دقیق در فرآیند طراحی دشوار است، اما لازم است از مناطقی با چگالی توان بیش از حد بالا اجتناب شود تا از نقاط داغی که بر عملکرد عادی کل مدار تأثیر می‌گذارند اجتناب شود. اگر شرایط اجازه دهد، تجزیه و تحلیل بازده حرارتی مدارهای چاپی ضروری است. به عنوان مثال، ماژول های نرم افزار تحلیل شاخص بازده حرارتی که در برخی از نرم افزارهای حرفه ای طراحی PCB اضافه شده اند، می توانند به طراحان در بهینه سازی طراحی مدار کمک کنند.