Az elektronikus berendezések működése során keletkező hő hatására a berendezés belső hőmérséklete gyorsan megemelkedik. Ha a hőt nem vezetik el időben, a berendezés tovább melegszik, a készülék túlmelegedés miatt meghibásodik, az elektronikai berendezések megbízhatósága csökken. Ezért nagyon fontos a hő elvezetése az áramköri lapra.
A nyomtatott áramköri lapok hőmérséklet-emelkedésének faktoranalízise
A nyomtatott tábla hőmérséklet-emelkedésének közvetlen oka az áramköri energiafelhasználó eszközök jelenléte, és az elektronikai eszközök fogyasztása változó mértékben, a hőintenzitás pedig az energiafogyasztással változik.
A nyomtatott táblák hőmérséklet-emelkedésének két jelensége:
(1) Helyi hőmérséklet-emelkedés vagy nagy területi hőmérséklet-emelkedés;
(2) Rövid távú hőmérséklet-emelkedés vagy hosszú távú hőmérséklet-emelkedés.
A NYÁK hőteljesítmény-fogyasztás elemzésekor általában a következő szempontok szerint.
Elektromos energiafogyasztás
(1) Elemezze az egységnyi területre eső energiafogyasztást;
(2) Elemezze az áramfogyasztás eloszlását a PCB áramköri lapon.
2. A nyomtatott tábla szerkezete
(1) A nyomtatott tábla mérete;
(2) Nyomtatott tábla anyaga.
3. Nyomtatott tábla beépítési módja
(1) Beépítési mód (például függőleges és vízszintes telepítés);
(2) Tömítési állapot és távolság a burkolattól.
4. Hősugárzás
(1) A nyomtatott tábla felületének emissziós tényezője;
(2) A nyomtatott tábla és a szomszédos felület közötti hőmérsékletkülönbség, valamint azok abszolút hőmérséklete;
5. Hővezetés
(1) Szerelje be a radiátort;
(2) Egyéb beépítési szerkezeti részek vezetése.
6. Termikus konvekció
(1) Természetes konvekció;
(2) Kényszerhűtési konvekció.
A fenti tényezők NYÁK-ból történő elemzése hatékony módszer a nyomtatott tábla hőmérséklet-emelkedésének megoldására. Ezek a tényezők gyakran összefüggenek és függenek egy terméktől és rendszertől. A legtöbb tényezőt a tényleges helyzetnek megfelelően kell elemezni, csak egy konkrét tényleges helyzetre. Csak ebben a helyzetben lehet helyesen kiszámítani vagy megbecsülni a hőmérséklet-emelkedés és az energiafogyasztás paramétereit.
Áramköri hűtési módszer
1. Nagy hőtermelő készülék plusz hűtőborda és hővezető lemez
Ha a NYÁK-ban néhány eszköz nagy mennyiségű (3-nál kevesebb) hőt termel, hűtőbordát vagy hőcsövet lehet hozzáadni a hőtermelő eszközhöz. Ha a hőmérsékletet nem lehet csökkenteni, ventilátorral ellátott hűtőbordát lehet használni a hőelvezetési hatás fokozására. Ha több fűtőberendezés van (3-nál több), akkor nagy hőleadó burkolat (tábla) használható. Ez egy speciális radiátor, amely a fűtőberendezés helyzetének és magasságának megfelelően testreszabható a PCB kártyán vagy egy nagy lapos radiátorban Vágja ki a különböző alkatrészek magasságát. Rögzítse a hőelvezető fedelet az alkatrész felületéhez, és érintse meg az egyes alkatrészeket a hő elvezetése érdekében. Az alkatrészek összeszerelés és hegesztés során tapasztalt gyenge konzisztenciája miatt azonban a hőelvezető hatás nem jó. Általában lágy termikus fázisváltó hőpárnát helyeznek el az alkatrész felületén a hőelvezetési hatás javítása érdekében.
2. Hőelvezetés magán a nyomtatott áramköri lapon keresztül
Jelenleg a széles körben használt NYÁK-lemezek rézbevonatú/epoxiüvegszövet szubsztrátok vagy fenolgyanta üvegszövet hordozók, és kis mennyiségben papíralapú rézbevonatú lemezeket is használnak. Bár ezek a hordozók kiváló elektromos és feldolgozási teljesítménnyel rendelkeznek, gyenge a hőelvezetésük. A nagy hőtermelő komponensek hőleadási útvonalaként magától a PCB-től aligha várható el, hogy a NYÁK gyantájáról hőt vezet, hanem az alkatrész felületéről a környező levegőbe viszi el a hőt. Mivel azonban az elektronikai termékek az alkatrészek miniatürizálásának, a nagy sűrűségű beépítésnek és a magas hőmérsékleten történő összeszerelés korszakába léptek, nem elég a nagyon kis felületű alkatrészek felületére támaszkodni a hő elvezetéséhez. Ugyanakkor a felületre szerelt komponensek, mint például a QFP és a BGA nagy igénybevétele miatt az alkatrészek által termelt hő nagy mennyiségben kerül át a nyomtatott áramköri lapra. Ezért a hőleadás megoldásának legjobb módja magának a NYÁK hőelvezető képességének javítása a fűtőelemmel közvetlen érintkezésben. Vezessen vagy bocsát ki.
3. A hőelvezetés eléréséhez alkalmazzon ésszerű útvonaltervet
Mivel a lemezben lévő gyanta hővezető képessége gyenge, és a rézfólia vonalak és lyukak jó hővezetők, a rézfólia maradék sebességének javítása és a hővezető lyukak növelése a hőelvezetés fő eszköze.
A NYÁK hőelvezető képességének értékeléséhez ki kell számítani a különböző hővezetési együtthatójú anyagokból álló kompozit anyag egyenértékű hővezető képességét (kilenc ekvivalens) – ez a PCB szigetelő szubsztrátja.
4. A szabad konvekciós léghűtést használó berendezéseknél a legjobb, ha az integrált áramköröket (vagy egyéb eszközöket) függőlegesen vagy vízszintesen helyezik el.
5. Az ugyanazon a nyomtatott táblán lévő eszközöket lehetőleg hőtermelésük és hőleadásuk szerint kell elrendezni. A kis hőtermelő vagy gyenge hőállóságú készülékek (pl. kis jeltranzisztorok, kisméretű integrált áramkörök, elektrolitkondenzátorok stb.) a hűtőlevegő-áramlás legfelső áramában (bejáratnál), a nagy hőtermelő, ill. jó hőállóság (például teljesítménytranzisztorok, nagyméretű integrált áramkörök, stb.) a hűtőlevegő áramlási irányában a legalacsonyabb helyen vannak elhelyezve.
6. Vízszintes irányban a nagy teljesítményű eszközöket a lehető legközelebb kell elhelyezni a nyomtatott tábla széléhez, hogy lerövidítsék a hőátadási utat; függőleges irányban a nagy teljesítményű eszközöket a lehető legközelebb kell elhelyezni a nyomtatott tábla tetejéhez, hogy csökkentsék ezen eszközök hőmérsékletét más eszközökön végzett munka során.
7. A hőmérséklet-érzékeny eszközt a legalacsonyabb hőmérsékletű helyre érdemes elhelyezni (például a készülék alján). Soha ne helyezze közvetlenül a hőtermelő készülék fölé. Több eszköz lehetőleg a vízszintes síkon lépcsőzetesen van elrendezve.
8. A nyomtatott kártya hőleadása a berendezésben elsősorban a légáramlástól függ, ezért a tervezés során tanulmányozni kell a légáramlási útvonalat, és ésszerűen kell konfigurálni az eszközt vagy a nyomtatott áramköri lapot. Amikor a levegő áramlik, mindig ott szokott áramlani, ahol kicsi az ellenállás, ezért a nyomtatott áramköri lapon lévő eszközök konfigurálásakor el kell kerülni, hogy egy adott területen nagy légteret hagyjunk. A több nyomtatott áramköri lap konfigurációja az egész gépben szintén figyelmet kell, hogy fordítson ugyanerre a problémára.
9. Kerülje el a forró pontok koncentrációját a PCB-n, ossza el egyenletesen a teljesítményt a PCB-n, amennyire csak lehetséges, és tartsa egyenletesen és egyenletesen a PCB felületének hőmérsékleti teljesítményét. A tervezési folyamat során gyakran nehéz szigorú egyenletes elosztást elérni, de el kell kerülni a túl nagy teljesítménysűrűségű területeket, hogy elkerüljük a forró pontokat, amelyek befolyásolják az egész áramkör normál működését. Ha a körülmények megengedik, a nyomtatott áramkörök hőhatékonysági elemzése szükséges. Például néhány professzionális PCB-tervező szoftverhez hozzáadott hőhatékonysági indexelemző szoftvermodulok segíthetnek a tervezőknek az áramkör-tervezés optimalizálásában.