מתוך PCB World
עבור ציוד אלקטרוני, כמות מסוימת של חום נוצרת במהלך הפעולה, כך שהטמפרטורה הפנימית של הציוד עולה במהירות.אם החום לא יתפזר בזמן, הציוד ימשיך להתחמם, והמכשיר ייכשל עקב התחממות יתר.מהימנות הציוד האלקטרוני הביצועים יקטן.
לכן, חשוב מאוד לבצע טיפול פיזור חום טוב על המעגל.פיזור החום של מעגל ה-PCB הוא חוליה חשובה מאוד, אז מהי טכניקת פיזור החום של מעגל ה-PCB, הבה נדון בה ביחד להלן.
01
פיזור חום דרך לוח ה-PCB עצמו לוחות ה-PCB הנפוצים כיום הם מצעי בד זכוכית בחיפוי נחושת/אפוקסי או מצעי בד זכוכית שרף פנולי, ומשתמשים בכמות קטנה של לוחות חיפויי נחושת על בסיס נייר.
למרות שלמצעים אלו תכונות חשמליות ותכונות עיבוד מצוינות, יש להם פיזור חום גרוע.כשיטת פיזור חום לרכיבים בעלי חימום גבוה, כמעט בלתי אפשרי לצפות שחום יוליך על ידי שרף ה-PCB עצמו, אלא לפזר חום מפני השטח של הרכיב לאוויר שמסביב.
עם זאת, מכיוון שמוצרים אלקטרוניים נכנסו לעידן של מזעור רכיבים, הרכבה בצפיפות גבוהה והרכבה בחימום גבוה, אין די להסתמך על פני השטח של רכיב בעל שטח פנים קטן מאוד כדי לפזר חום.
יחד עם זאת, עקב השימוש הרב ברכיבי הרכבה על פני השטח כגון QFP ו-BGA, החום הנוצר מהרכיבים מועבר ללוח ה-PCB בכמות גדולה.לכן, הדרך הטובה ביותר לפתור את פיזור החום היא לשפר את יכולת פיזור החום של ה-PCB עצמו שנמצא במגע ישיר עם גוף החימום.מתנהל או מוקרן.
פריסת PCB
מכשירים רגישים לתרמיים ממוקמים באזור הרוח הקרה.
מכשיר זיהוי הטמפרטורה ממוקם במצב החם ביותר.
יש לסדר את המכשירים על אותו לוח מודפס ככל הניתן לפי ערכם הקלורי ומידת פיזור החום.התקנים בעלי ערך קלורי קטן או עמידות בחום ירודה (כגון טרנזיסטורי אות קטנים, מעגלים משולבים בקנה מידה קטן, קבלים אלקטרוליטיים וכו') צריכים להיות ממוקמים בזרימת האוויר הקירור.הזרימה העליונה ביותר (בכניסה), המכשירים בעלי עמידות גדולה לחום או חום (כגון טרנזיסטורי כוח, מעגלים משולבים בקנה מידה גדול וכו') ממוקמים במורד הזרם של זרימת האוויר הקירור.
בכיוון האופקי, התקנים בעלי הספק גבוה ממוקמים קרוב ככל האפשר לקצה הלוח המודפס כדי לקצר את נתיב העברת החום;בכיוון האנכי, התקנים בעלי הספק גבוה ממוקמים קרוב ככל האפשר לחלק העליון של הלוח המודפס כדי להפחית את ההשפעה של התקנים אלה על הטמפרטורה של מכשירים אחרים כשהם עובדים.
פיזור החום של הלוח המודפס בציוד מסתמך בעיקר על זרימת אוויר, ולכן יש ללמוד את נתיב זרימת האוויר במהלך התכנון, ולהגדיר את ההתקן או המעגל המודפס בצורה סבירה.
לעתים קרובות קשה להשיג חלוקה אחידה קפדנית במהלך תהליך התכנון, אך יש להימנע מאזורים בעלי צפיפות הספק גבוהה מדי כדי למנוע מנקודות חמות להשפיע על הפעולה הרגילה של המעגל כולו.
במידת האפשר, יש צורך לנתח את היעילות התרמית של המעגל המודפס.לדוגמה, מודול התוכנה לניתוח אינדקס היעילות התרמית שנוסף בחלק מתוכנות עיצוב PCB מקצועיות יכול לעזור למעצבים לייעל את עיצוב המעגלים.
02
רכיבים יוצרי חום גבוהים בתוספת רדיאטורים ופלטות מוליכות חום.כאשר מספר קטן של רכיבים ב-PCB מייצרים כמות גדולה של חום (פחות מ-3), ניתן להוסיף גוף קירור או צינור חום לרכיבים המייצרים חום.כאשר לא ניתן להוריד את הטמפרטורה, ניתן להשתמש ברדיאטור עם מאוורר כדי לשפר את אפקט פיזור החום.
כאשר מספר מכשירי החימום גדול (יותר מ-3), ניתן להשתמש בכיסוי פיזור חום גדול (לוח) שהוא גוף קירור מיוחד המותאם אישית לפי המיקום והגובה של התקן החימום על ה-PCB או שטוח גדול. גוף קירור גזור עמדות גובה שונות של רכיבים.כיסוי פיזור החום מהודק באופן אינטגרלי על פני הרכיב, והוא יוצר קשר עם כל רכיב כדי לפזר חום.
עם זאת, אפקט פיזור החום אינו טוב בשל העקביות הירודה של הגובה במהלך הרכבה וריתוך של רכיבים.בדרך כלל, כרית תרמית לשינוי פאזה תרמית רכה מתווספת על פני השטח של הרכיב כדי לשפר את אפקט פיזור החום.
03
עבור ציוד שמאמץ קירור אוויר בהסעה חופשית, עדיף לארגן מעגלים משולבים (או מכשירים אחרים) אנכית או אופקית.
04
אמצו תכנון חיווט סביר כדי לממש פיזור חום.מכיוון שלשרף בצלחת יש מוליכות תרמית ירודה, וקווי והחורים בנייר הנחושת הם מוליכים חום טובים, הגדלת שיעור הנותר של רדיד הנחושת והגדלת חורי הולכת החום הם האמצעים העיקריים לפיזור חום.כדי להעריך את יכולת פיזור החום של ה-PCB, יש צורך לחשב את המוליכות התרמית המקבילה (תשעה אקוו) של החומר המרוכב המורכב מחומרים שונים בעלי מוליכות תרמית שונה - המצע המבודד עבור ה-PCB.
05
יש לסדר את המכשירים על אותו לוח מודפס ככל הניתן לפי ערכם הקלורי ומידת פיזור החום.התקנים בעלי ערך קלורי נמוך או עמידות בחום ירודה (כגון טרנזיסטורי אות קטנים, מעגלים משולבים בקנה מידה קטן, קבלים אלקטרוליטיים וכו') צריכים להיות ממוקמים בזרימת האוויר הקירור.הזרימה העליונה ביותר (בכניסה), המכשירים בעלי עמידות גדולה לחום או חום (כגון טרנזיסטורי כוח, מעגלים משולבים בקנה מידה גדול וכו') ממוקמים במורד הזרם של זרימת האוויר הקירור.
06
בכיוון האופקי, המכשירים בעלי הספק גבוה מסודרים קרוב ככל האפשר לקצה הלוח המודפס כדי לקצר את מסלול העברת החום;בכיוון האנכי, המכשירים בעלי הספק גבוה מסודרים קרוב ככל האפשר לחלק העליון של הלוח המודפס כדי להפחית את השפעתם של מכשירים אלו על הטמפרטורה של מכשירים אחרים..
07
פיזור החום של הלוח המודפס בציוד מסתמך בעיקר על זרימת אוויר, ולכן יש ללמוד את נתיב זרימת האוויר במהלך התכנון, ולהגדיר את ההתקן או המעגל המודפס בצורה סבירה.
כאשר האוויר זורם, הוא תמיד נוטה לזרום במקומות עם התנגדות נמוכה, ולכן בעת הגדרת התקנים על גבי לוח מעגלים מודפס, הימנעו מלצאת ממרחב אוויר גדול באזור מסוים.
גם התצורה של מספר מעגלים מודפסים בכל המכונה צריכה לשים לב לאותה בעיה.
08
המכשיר הרגיש לטמפרטורה ממוקם בצורה הטובה ביותר באזור הטמפרטורה הנמוכה ביותר (כגון החלק התחתון של המכשיר).לעולם אל תניח אותו ישירות מעל מכשיר החימום.עדיף לסווג מספר מכשירים במישור האופקי.
09
מקם את המכשירים עם צריכת החשמל ויצירת החום הגבוהים ביותר ליד המיקום הטוב ביותר לפיזור חום.אין למקם התקני חימום גבוה בפינות ובשוליים ההיקפיים של הלוח המודפס, אלא אם כן מסודר גוף קירור בקרבתו.בעת תכנון הנגד הכוח, בחר מכשיר גדול ככל האפשר, ועשה לו מספיק מקום לפיזור חום בעת התאמת פריסת הלוח המודפס.
10
הימנע מריכוז הנקודות החמות על ה-PCB, חלק את הכוח באופן שווה על לוח ה-PCB ככל האפשר, ושמור על ביצועי טמפרטורת פני ה-PCB אחידים ועקביים.
לעתים קרובות קשה להשיג חלוקה אחידה קפדנית במהלך תהליך התכנון, אך יש להימנע מאזורים בעלי צפיפות הספק גבוהה מדי כדי למנוע מנקודות חמות להשפיע על הפעולה הרגילה של המעגל כולו.
במידת האפשר, יש צורך לנתח את היעילות התרמית של המעגל המודפס.לדוגמה, מודול התוכנה לניתוח אינדקס היעילות התרמית שנוסף בחלק מתוכנות עיצוב PCB מקצועיות יכול לעזור למעצבים לייעל את עיצוב המעגלים.