Elektroniikkalaitteiden käytön aikana syntyvä lämpö saa laitteiden sisäisen lämpötilan nousemaan nopeasti. Jos lämpöä ei poisteta ajoissa, laitteet kuumenevat edelleen, laite vioittuu ylikuumenemisen vuoksi ja elektroniikkalaitteiden luotettavuus heikkenee. Siksi on erittäin tärkeää ohjata lämpöä piirilevylle.

Painetun piirilevyn lämpötilan nousun tekijäanalyysi

Painetun levyn lämpötilan nousun välitön syy johtuu piirien tehonkulutuslaitteiden läsnäolosta, ja elektroniikkalaitteiden tehonkulutus vaihtelee ja lämmön intensiteetti muuttuu virrankulutuksen mukana.

Kaksi lämpötilan nousun ilmiötä painetuissa levyissä:
(1) Paikallinen lämpötilan nousu tai suuren alueen lämpötilan nousu;
(2) Lyhytaikainen lämpötilan nousu tai pitkäaikainen lämpötilan nousu.

Kun analysoidaan piirilevyn lämpötehon kulutusta, yleensä seuraavista näkökohdista.

Sähkönkulutus
(1) Analysoi tehonkulutus pinta-alayksikköä kohti;
(2) Analysoi virrankulutuksen jakautuminen piirilevyllä.

2. Painetun levyn rakenne
(1) Painetun levyn koko;
(2) Painetun kartongin materiaali.

3. Painetun levyn asennustapa
(1) Asennusmenetelmä (kuten pystyasennus ja vaakaasennus);
(2) Tiivistystila ja etäisyys kotelosta.

4. Lämpösäteily
(1) Painetun levyn pinnan emissiokyky;
(2) Painetun levyn ja viereisen pinnan välinen lämpötilaero ja niiden absoluuttinen lämpötila;

5. Lämmönjohtavuus
(1) Asenna jäähdytin;
(2) Muiden asennuksen rakenneosien johtaminen.

6. Terminen konvektio
(1) Luonnollinen konvektio;
(2) Pakotettu jäähdytyskonvektio.

Edellä mainittujen tekijöiden analysointi piirilevyltä on tehokas tapa ratkaista piirilevyn lämpötilan nousu. Nämä tekijät liittyvät usein toisiinsa ja riippuvat tuotteesta ja järjestelmästä. Useimmat tekijät tulisi analysoida todellisen tilanteen mukaan, vain tietyn todellisen tilanteen mukaan. Vain tässä tilanteessa lämpötilan nousun ja tehonkulutuksen parametrit voidaan laskea tai arvioida oikein.

Piirilevyn jäähdytysmenetelmä

1. Korkea lämpöä tuottava laite sekä jäähdytyselementti ja lämmönjohtavuuslevy
Kun muutama laite piirilevyssä tuottaa suuren määrän lämpöä (alle 3), lämpöä tuottavaan laitteeseen voidaan lisätä jäähdytyselementti tai lämpöputki. Kun lämpötilaa ei voida alentaa, voidaan käyttää tuulettimella varustettua jäähdytyselementtiä lämmönpoistovaikutuksen tehostamiseksi. Kun lämmityslaitteita on enemmän (yli 3), voidaan käyttää suurta lämmönpoistosuojaa (levyä). Se on erityinen patteri, joka on räätälöity lämmityslaitteen sijainnin ja korkeuden mukaan piirilevyllä tai suuressa litteässä jäähdyttimessä Leikkaa eri komponenttien korkeus. Kiinnitä lämmönpoistosuojus komponentin pintaan ja kosketa jokaista komponenttia lämmön haihduttamiseksi. Komponenttien huonon konsistenssin vuoksi kokoonpanon ja hitsauksen aikana lämmönpoistovaikutus ei kuitenkaan ole hyvä. Yleensä komponentin pintaan lisätään pehmeä lämpöfaasimuutoslämpötyyny lämmönpoistovaikutuksen parantamiseksi.

2. Lämmönpoisto itse piirilevyn läpi
Tällä hetkellä laajalti käytetyt PCB-levyt ovat kuparipäällysteisiä/epoksilasikangassubstraatteja tai fenolihartsilasikangasalustoja, ja pieni määrä paperipohjaisia ​​kuparipäällysteisiä levyjä käytetään. Vaikka näillä substraateilla on erinomainen sähköinen suorituskyky ja prosessointikyky, niillä on huono lämmönpoisto. Lämmönpoistoreittinä korkeaa lämpöä tuottaville komponenteille PCB:n itsensä voidaan tuskin odottaa johtavan lämpöä piirilevyn hartsista, vaan sen johtavan lämpöä komponentin pinnalta ympäröivään ilmaan. Koska elektroniikkatuotteet ovat kuitenkin tulleet komponenttien miniatyrisoinnin, tiheän asennuksen ja korkean lämpötilan kokoonpanon aikakauteen, ei riitä, että luotetaan erittäin pienipintaisten komponenttien pintaan lämmön haihduttamiseen. Samanaikaisesti pinta-asennettavien komponenttien, kuten QFP ja BGA, raskaan käytön vuoksi komponenttien tuottama lämpö siirtyy suuria määriä piirilevylle. Siksi paras tapa ratkaista lämmönpoisto on parantaa itse piirilevyn lämmönpoistokykyä suorassa kosketuksessa lämmityselementin kanssa. Suorita tai säteile.

3. Käytä järkevää reitityssuunnittelua lämmön haihtumisen saavuttamiseksi
Koska hartsin lämmönjohtavuus levyssä on huono ja kuparikalvolinjat ja -reiät ovat hyviä lämmönjohtajia, kuparifolion jäännösnopeuden parantaminen ja lämmönjohtavuusreikien lisääminen ovat tärkeimmät lämmönpoistokeinot.
PCB:n lämmönpoistokapasiteetin arvioimiseksi on tarpeen laskea komposiittimateriaalin ekvivalentti lämmönjohtavuus (yhdeksän ekvivalenttia) eri materiaaleista, joilla on erilaiset lämmönjohtavuuskertoimet - PCB:n eristävä substraatti.

4. Laitteissa, jotka käyttävät vapaata konvektioilmajäähdytystä, on parasta sijoittaa integroidut piirit (tai muut laitteet) pysty- tai vaakasuoraan.

5. Samalla piirilevyllä olevat laitteet tulee järjestää mahdollisimman paljon niiden lämmöntuoton ja lämmön haihtumisen mukaan. Laitteet, joiden lämmöntuotanto on vähäistä tai lämmönkestävyys on heikko (kuten pienet signaalitransistorit, pienikokoiset integroidut piirit, elektrolyyttikondensaattorit jne.) sijoitetaan Jäähdytysilmavirran ylimpään virtaan (sisääntuloon), laitteet, joilla on suuri lämmöntuotto tai hyvä lämmönkestävyys (kuten tehotransistorit, suuret integroidut piirit jne.) on sijoitettu jäähdytysilmavirran alavirtaan.

6. Vaakasuunnassa suuritehoiset laitteet tulisi sijoittaa mahdollisimman lähelle piirilevyn reunaa lämmönsiirtotien lyhentämiseksi; pystysuunnassa suuritehoiset laitteet tulee sijoittaa mahdollisimman lähelle piirilevyn yläosaa näiden laitteiden lämpötilan alentamiseksi muiden laitteiden kanssa työskenneltäessä.

7. Lämpötilaherkkä laite on parasta sijoittaa alueelle, jossa lämpötila on alhaisin (kuten laitteen pohjaan). Älä koskaan aseta sitä suoraan lämpöä tuottavan laitteen yläpuolelle. Useita laitteita on edullisesti porrastettu vaakatasossa.

8. Painetun levyn lämmönpoisto laitteessa riippuu pääasiassa ilmavirrasta, joten ilman virtausreittiä tulisi tutkia suunnittelussa ja laite tai piirilevy on konfiguroitava kohtuullisesti. Kun ilma virtaa, se pyrkii aina virtaamaan sinne, missä vastus on pieni, joten piirilevylle laitteita konfiguroitaessa tulee välttää suuren ilmatilan jättämistä tietylle alueelle. Useiden painettujen piirilevyjen konfiguroinnin koko koneessa tulisi myös kiinnittää huomiota samaan ongelmaan.

9. Vältä kuumien kohtien keskittymistä piirilevylle, jaa virta tasaisesti piirilevylle mahdollisimman paljon ja pidä piirilevyn pinnan lämpötilan suorituskyky yhtenäisenä ja yhtenäisenä. Suunnitteluprosessissa on usein vaikea saavuttaa tiukkaa tasaista jakautumista, mutta on välttämätöntä välttää alueita, joissa on liian suuri tehotiheys, jotta vältytään kuumilta pisteiltä, ​​jotka vaikuttavat koko piirin normaaliin toimintaan. Jos olosuhteet sallivat, painettujen piirien lämpötehokkuusanalyysi on tarpeen. Esimerkiksi joihinkin ammattimaisiin piirilevysuunnitteluohjelmistoihin lisätyt lämpötehokkuusindeksianalyysiohjelmistomoduulit voivat auttaa suunnittelijoita optimoimaan piirisuunnittelun.