از PCB World
برای تجهیزات الکترونیکی، مقدار مشخصی گرما در حین کار تولید می شود، به طوری که دمای داخلی تجهیزات به سرعت افزایش می یابد.اگر گرما به موقع دفع نشود، تجهیزات به گرم شدن ادامه می دهند و دستگاه به دلیل گرم شدن بیش از حد از کار می افتد.قابلیت اطمینان تجهیزات الکترونیکی عملکرد کاهش می یابد.
بنابراین، انجام یک عملیات اتلاف حرارت خوب بر روی برد مدار بسیار مهم است.اتلاف حرارت برد مدار PCB پیوند بسیار مهمی است، بنابراین تکنیک اتلاف حرارت برد مدار PCB چیست، بیایید در زیر با هم در مورد آن بحث کنیم.
01
اتلاف گرما از طریق خود برد PCB تخته‌های PCB که در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرلایه‌های پارچه شیشه‌ای با روکش مسی/اپوکسی یا زیرلایه‌های پارچه شیشه‌ای رزین فنولیک هستند و مقدار کمی از تخته‌های روکش مسی مبتنی بر کاغذ استفاده می‌شود.
اگرچه این بسترها دارای خواص الکتریکی و خواص پردازشی عالی هستند، اما اتلاف حرارت ضعیفی دارند.به عنوان یک روش اتلاف گرما برای اجزای با حرارت بالا، تقریبا غیرممکن است که انتظار داشت گرما توسط رزین PCB هدایت شود، 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 قطعه ای با سطح بسیار کوچک برای دفع گرما کافی نیست.
در عین حال، به دلیل استفاده زیاد از قطعات نصب سطحی 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 است که در تماس مستقیم با المنت گرمایشی است.هدایت یا تشعشع می شود.
طرح PCB
دستگاه های حساس به حرارت در منطقه باد سرد قرار می گیرند.
دستگاه تشخیص دما در گرم ترین موقعیت قرار می گیرد.
دستگاه های روی همان تخته چاپی باید تا حد امکان با توجه به ارزش حرارتی و درجه اتلاف حرارت آنها چیده شوند.دستگاه هایی با ارزش حرارتی کم یا مقاومت حرارتی ضعیف (مانند ترانزیستورهای سیگنال کوچک، مدارهای مجتمع در مقیاس کوچک، خازن های الکترولیتی و غیره) باید در جریان هوای خنک کننده قرار گیرند.بالاترین جریان (در ورودی)، دستگاه هایی با مقاومت حرارتی یا حرارتی زیاد (مانند ترانزیستورهای قدرت، مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ و غیره) در پایین ترین قسمت جریان هوای خنک کننده قرار می گیرند.
در جهت افقی، دستگاه های پرقدرت تا حد امکان نزدیک به لبه برد چاپی قرار می گیرند تا مسیر انتقال حرارت را کوتاه کنند.در جهت عمودی، دستگاه‌های پرقدرت تا حد امکان نزدیک به بالای برد چاپی قرار می‌گیرند تا تأثیر این دستگاه‌ها بر دمای دستگاه‌های دیگر در هنگام کار کاهش یابد.
اتلاف گرمای برد چاپی در تجهیزات عمدتاً به جریان هوا بستگی دارد، بنابراین مسیر جریان هوا باید در طول طراحی مطالعه شود و دستگاه یا برد مدار چاپی باید به طور معقولی پیکربندی شود.
اغلب دستیابی به توزیع یکنواخت دقیق در طول فرآیند طراحی دشوار است، اما باید از مناطقی با چگالی توان بسیار بالا اجتناب کرد تا از تأثیر نقاط داغ بر عملکرد طبیعی کل مدار جلوگیری شود.
در صورت امکان، لازم است راندمان حرارتی مدار چاپی را تجزیه و تحلیل کرد.به عنوان مثال، ماژول نرم افزار تحلیل شاخص بازده حرارتی اضافه شده در برخی از نرم افزارهای حرفه ای طراحی PCB می تواند به طراحان در بهینه سازی طراحی مدار کمک کند.
02
اجزای تولید کننده حرارت بالا به اضافه رادیاتورها و صفحات رسانای گرما.هنگامی که تعداد کمی از قطعات در PCB مقدار زیادی گرما تولید می کنند (کمتر از 3)، می توان یک هیت سینک یا لوله حرارتی به اجزای مولد گرما اضافه کرد.هنگامی که دما را نمی توان کاهش داد، می توان از رادیاتور با فن برای افزایش اثر اتلاف گرما استفاده کرد.
هنگامی که تعداد وسایل گرمایشی زیاد باشد (بیش از 3)، می توان از یک پوشش اتلاف حرارت بزرگ (تخته) استفاده کرد که یک هیت سینک مخصوص است که با توجه به موقعیت و ارتفاع دستگاه گرمایشی روی PCB یا یک تخت بزرگ سفارشی می شود. هیت سینک موقعیت های مختلف ارتفاع اجزا را برش دهید.پوشش اتلاف گرما به طور یکپارچه روی سطح قطعه کمانش می شود و برای دفع گرما با هر جزء تماس می گیرد.
با این حال، اثر اتلاف گرما به دلیل ثبات ضعیف ارتفاع در هنگام مونتاژ و جوش قطعات خوب نیست.معمولاً یک پد حرارتی تغییر فاز حرارتی نرم روی سطح قطعه اضافه می شود تا اثر اتلاف گرما را بهبود بخشد.
03
برای تجهیزاتی که از خنک کننده هوای همرفت آزاد استفاده می کنند، بهتر است مدارهای مجتمع (یا سایر دستگاه ها) را به صورت عمودی یا افقی ترتیب دهید.
04
برای تحقق بخشیدن به اتلاف گرما، یک طرح سیم کشی معقول اتخاذ کنید.از آنجایی که رزین موجود در صفحه رسانایی حرارتی ضعیفی دارد و خطوط و سوراخ‌های فویل مسی رسانای گرمایی خوبی هستند، افزایش نرخ باقی‌مانده ورق مس و افزایش سوراخ‌های رسانش گرما ابزار اصلی اتلاف گرما هستند.برای ارزیابی ظرفیت اتلاف حرارت PCB، لازم است رسانایی حرارتی معادل (نه معادله) ماده کامپوزیت متشکل از مواد مختلف با هدایت حرارتی متفاوت - بستر عایق برای PCB محاسبه شود.
05
دستگاه های روی همان تخته چاپی باید تا حد امکان با توجه به ارزش حرارتی و درجه اتلاف حرارت آنها چیده شوند.دستگاه هایی با ارزش حرارتی پایین یا مقاومت حرارتی ضعیف (مانند ترانزیستورهای سیگنال کوچک، مدارهای مجتمع در مقیاس کوچک، خازن های الکترولیتی و غیره) باید در جریان هوای خنک کننده قرار گیرند.بالاترین جریان (در ورودی)، دستگاه هایی با مقاومت حرارتی یا حرارتی زیاد (مانند ترانزیستورهای قدرت، مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ و غیره) در پایین ترین قسمت جریان هوای خنک کننده قرار می گیرند.
06
در جهت افقی، دستگاه های پرقدرت تا حد امکان نزدیک به لبه برد چاپ شده قرار می گیرند تا مسیر انتقال حرارت را کوتاه کنند.در جهت عمودی، دستگاه های پرقدرت تا حد امکان نزدیک به بالای برد چاپ شده قرار می گیرند تا تأثیر این دستگاه ها بر دمای دستگاه های دیگر کاهش یابد..
07
اتلاف گرمای برد چاپی در تجهیزات عمدتاً به جریان هوا بستگی دارد، بنابراین مسیر جریان هوا باید در طول طراحی مطالعه شود و دستگاه یا برد مدار چاپی باید به طور معقولی پیکربندی شود.
هنگامی که هوا جریان دارد، همیشه در مکان‌هایی با مقاومت کم جریان دارد، بنابراین هنگام پیکربندی دستگاه‌ها بر روی برد مدار چاپی، از ترک فضای هوایی بزرگ در یک منطقه خاص خودداری کنید.
پیکربندی چندین برد مدار چاپی در کل دستگاه نیز باید به همین مشکل توجه داشته باشد.
08
دستگاه حساس به دما بهتر است در پایین ترین ناحیه دما (مانند پایین دستگاه) قرار گیرد.هرگز آن را مستقیماً بالای دستگاه گرمایش قرار ندهید.بهتر است چندین دستگاه را در سطح افقی قرار دهید.
09
دستگاه هایی با بیشترین مصرف برق و تولید گرما در نزدیکی بهترین موقعیت برای اتلاف گرما قرار دهید.از قرار دادن وسایل گرمایش بالا در گوشه ها و لبه های جانبی برد چاپ شده خودداری کنید، مگر اینکه یک هیت سینک در نزدیکی آن قرار داده شده باشد.هنگام طراحی مقاومت برق، تا حد امکان یک دستگاه بزرگتر انتخاب کنید و در هنگام تنظیم چیدمان برد چاپی، فضای کافی برای اتلاف گرما داشته باشد.
10
از تمرکز نقاط داغ روی PCB خودداری کنید، برق را تا حد امکان به طور مساوی روی برد PCB توزیع کنید و عملکرد دمای سطح PCB را یکنواخت و ثابت نگه دارید.
اغلب دستیابی به توزیع یکنواخت دقیق در طول فرآیند طراحی دشوار است، اما باید از مناطقی با چگالی توان بسیار بالا اجتناب کرد تا از تأثیر نقاط داغ بر عملکرد طبیعی کل مدار جلوگیری شود.
در صورت امکان، لازم است راندمان حرارتی مدار چاپی را تجزیه و تحلیل کرد.به عنوان مثال، ماژول نرم افزار تحلیل شاخص بازده حرارتی اضافه شده در برخی از نرم افزارهای حرفه ای طراحی PCB می تواند به طراحان در بهینه سازی طراحی مدار کمک کند.