Il calore generato dalle apparecchiature elettroniche durante il funzionamento provoca un rapido aumento della temperatura interna dell'apparecchiatura. Se il calore non viene dissipato in tempo, l'apparecchiatura continuerà a riscaldarsi, il dispositivo si guasterà a causa del surriscaldamento e l'affidabilità dell'apparecchiatura elettronica diminuirà. Pertanto, è molto importante dissipare il calore sul circuito.

Analisi fattoriale dell'aumento di temperatura del circuito stampato

La causa diretta dell'aumento della temperatura della scheda stampata è dovuta alla presenza di dispositivi di consumo energetico del circuito, inoltre i dispositivi elettronici consumano energia a vari livelli e l'intensità del calore cambia con il consumo energetico.

Due fenomeni di aumento della temperatura nei circuiti stampati:
(1) Aumento della temperatura locale o aumento della temperatura di una vasta area;
(2) Aumento della temperatura a breve termine o aumento della temperatura a lungo termine.

Quando si analizza il consumo di energia termica del PCB, generalmente dai seguenti aspetti.

Consumo di energia elettrica
(1) Analizzare il consumo energetico per unità di superficie;
(2) Analizzare la distribuzione del consumo energetico sul circuito stampato.

2. La struttura del cartone stampato
(1) La dimensione del pannello stampato;
(2) Materiale del cartone stampato.

3. Metodo di installazione della scheda stampata
(1) Metodo di installazione (come installazione verticale e installazione orizzontale);
(2) Condizioni di tenuta e distanza dall'involucro.

4. Radiazione termica
(1) Emissività della superficie del cartone stampato;
(2) La differenza di temperatura tra il pannello stampato e la superficie adiacente e la loro temperatura assoluta;

5. Conduzione del calore
(1) Installare il radiatore;
(2) Conduzione di altre parti strutturali dell'impianto.

6. Convezione termica
(1) Convezione naturale;
(2) Convezione di raffreddamento forzato.

L'analisi dei suddetti fattori dal PCB è un modo efficace per risolvere l'aumento di temperatura del circuito stampato. Questi fattori sono spesso correlati e dipendenti in un prodotto e in un sistema. La maggior parte dei fattori dovrebbero essere analizzati in base alla situazione reale, solo per una situazione reale specifica. Solo in questa situazione è possibile calcolare o stimare correttamente i parametri di aumento della temperatura e consumo energetico.

Metodo di raffreddamento del circuito

1. Dispositivo ad alta generazione di calore più dissipatore di calore e piastra di conduzione del calore
Quando alcuni dispositivi nel PCB generano una grande quantità di calore (meno di 3), è possibile aggiungere un dissipatore di calore o un tubo di calore al dispositivo generatore di calore. Quando non è possibile abbassare la temperatura, è possibile utilizzare un dissipatore di calore con ventola per migliorare l'effetto di dissipazione del calore. Quando sono presenti più dispositivi di riscaldamento (più di 3), è possibile utilizzare una copertura (scheda) di dissipazione del calore di grandi dimensioni. Si tratta di un radiatore speciale personalizzato in base alla posizione e all'altezza del dispositivo di riscaldamento sulla scheda PCB o in un grande radiatore piatto. Ritaglia l'altezza dei diversi componenti. Fissare il coperchio per la dissipazione del calore alla superficie del componente e contattare ciascun componente per dissipare il calore. Tuttavia, a causa della scarsa consistenza dei componenti durante l'assemblaggio e la saldatura, l'effetto di dissipazione del calore non è buono. Di solito sulla superficie del componente viene aggiunto un morbido cuscinetto termico a cambiamento di fase termica per migliorare l'effetto di dissipazione del calore.

2. Dissipazione del calore attraverso la scheda PCB stessa
Attualmente, le piastre PCB ampiamente utilizzate sono substrati in tessuto di vetro rivestito in rame/resina epossidica o substrati in tessuto di vetro in resina fenolica e viene utilizzata una piccola quantità di piastre rivestite in rame a base di carta. Sebbene questi substrati abbiano eccellenti prestazioni elettriche e di lavorazione, hanno una scarsa dissipazione del calore. Essendo un percorso di dissipazione del calore per componenti che generano molto calore, difficilmente ci si può aspettare che il PCB stesso conduca il calore dalla resina del PCB, ma che dissipi il calore dalla superficie del componente all'aria circostante. Tuttavia, poiché i prodotti elettronici sono entrati nell’era della miniaturizzazione dei componenti, dell’installazione ad alta densità e dell’assemblaggio ad alto calore, non è sufficiente fare affidamento sulla superficie di componenti con un’area molto piccola per dissipare il calore. Allo stesso tempo, a causa dell'uso intensivo di componenti a montaggio superficiale come QFP e BGA, il calore generato dai componenti viene trasferito in grandi quantità alla scheda PCB. Pertanto, il modo migliore per risolvere la dissipazione del calore è migliorare la capacità di dissipazione del calore del PCB stesso a diretto contatto con l'elemento riscaldante. Condurre o emettere.

3. Adottare un design di routing ragionevole per ottenere la dissipazione del calore
Poiché la conduttività termica della resina nel foglio è scarsa e le linee e i fori della lamina di rame sono buoni conduttori di calore, il miglioramento del tasso residuo della lamina di rame e l'aumento dei fori di conduzione termica sono i principali mezzi di dissipazione del calore.
Per valutare la capacità di dissipazione del calore del PCB, è necessario calcolare la conduttività termica equivalente (nove eq) del materiale composito composto da vari materiali con diversi coefficienti di conducibilità termica: il substrato isolante per il PCB.

4. Per le apparecchiature che utilizzano il raffreddamento ad aria a convezione libera, è preferibile disporre i circuiti integrati (o altri dispositivi) in verticale o in orizzontale.

5. I dispositivi sulla stessa scheda stampata devono essere disposti il ​​più possibile in base alla generazione e alla dissipazione del calore. I dispositivi con piccola generazione di calore o scarsa resistenza al calore (come transistor di piccolo segnale, circuiti integrati di piccole dimensioni, condensatori elettrolitici, ecc.) sono posizionati nel flusso più alto del flusso d'aria di raffreddamento (all'ingresso), dispositivi con grande generazione di calore o buona resistenza al calore (come transistor di potenza, circuiti integrati di grandi dimensioni, ecc.) sono posizionati più a valle del flusso d'aria di raffreddamento.

6. Nella direzione orizzontale, i dispositivi ad alta potenza dovrebbero essere posizionati il ​​più vicino possibile al bordo del circuito stampato per accorciare il percorso di trasferimento del calore; in direzione verticale, i dispositivi ad alta potenza devono essere posizionati il ​​più vicino possibile alla parte superiore della scheda stampata per ridurre la temperatura di questi dispositivi quando si lavora su altri dispositivi Impact.

7. È preferibile posizionare il dispositivo sensibile alla temperatura nell'area con la temperatura più bassa (ad esempio la parte inferiore del dispositivo). Non posizionarlo mai direttamente sopra il dispositivo generatore di calore. Più dispositivi sono preferibilmente sfalsati sul piano orizzontale.

8. La dissipazione del calore della scheda stampata nell'apparecchiatura dipende principalmente dal flusso d'aria, pertanto il percorso del flusso d'aria deve essere studiato nella progettazione e il dispositivo o la scheda a circuito stampato devono essere configurati in modo ragionevole. Quando l'aria scorre, tende sempre a fluire dove la resistenza è piccola, quindi quando si configurano i dispositivi sul circuito stampato è necessario evitare di lasciare un grande spazio d'aria in una certa zona. Anche la configurazione di più circuiti stampati nell'intera macchina dovrebbe prestare attenzione allo stesso problema.

9. Evitare la concentrazione di punti caldi sul PCB, distribuire la potenza in modo uniforme sul PCB il più possibile e mantenere le prestazioni termiche della superficie del PCB uniformi e costanti. Spesso è difficile ottenere una distribuzione rigorosamente uniforme nel processo di progettazione, ma è necessario evitare aree con densità di potenza troppo elevata per evitare punti caldi che influiscono sul normale funzionamento dell'intero circuito. Se le condizioni lo consentono è necessaria l'analisi dell'efficienza termica dei circuiti stampati. Ad esempio, i moduli software di analisi dell'indice di efficienza termica aggiunti in alcuni software di progettazione PCB professionali possono aiutare i progettisti a ottimizzare la progettazione dei circuiti.