Eksploatacijos metu elektroninės įrangos skleidžiama šiluma greitai pakyla vidinė įrangos temperatūra. Jei šiluma nebus laiku išsklaidyta, įranga toliau kais, prietaisas suges dėl perkaitimo, sumažės elektroninės įrangos patikimumas. Todėl labai svarbu išsklaidyti šilumą į grandinę.
Spausdintinės plokštės temperatūros kilimo faktorinė analizė
Tiesioginė spausdintinės plokštės temperatūros kilimo priežastis yra grandinės energijos suvartojimo įtaisų buvimas, o elektroninių prietaisų energijos suvartojimas skiriasi, o šilumos intensyvumas kinta priklausomai nuo energijos suvartojimo.
Du temperatūros kilimo spausdintinėse plokštėse reiškiniai:
(1) Vietinis temperatūros kilimas arba didelio ploto temperatūros kilimas;
(2) Trumpalaikis temperatūros kilimas arba ilgalaikis temperatūros kilimas.
Analizuojant PCB šiluminės energijos suvartojimą, paprastai atsižvelgiama į šiuos aspektus.
Elektros energijos suvartojimas
(1) Išanalizuoti energijos suvartojimą ploto vienetui;
(2) Išanalizuoti energijos suvartojimo pasiskirstymą PCB plokštėje.
2. Spausdintinės plokštės struktūra
(1) spausdintinės lentos dydis;
(2) Spausdintinės lentos medžiaga.
3. Spausdintinės plokštės montavimo būdas
(1) montavimo būdas (pvz., vertikalus ir horizontalus įrengimas);
(2) Sandarinimo būklė ir atstumas nuo korpuso.
4. Šiluminė spinduliuotė
(1) spausdintinės plokštės paviršiaus spinduliuotė;
(2) Temperatūros skirtumas tarp spausdintinės plokštės ir gretimo paviršiaus bei jų absoliuti temperatūra;
5. Šilumos laidumas
(1) Sumontuokite radiatorių;
(2) Kitų įrengimo konstrukcinių dalių laidumas.
6. Šiluminė konvekcija
(1) Natūrali konvekcija;
(2) Priverstinė aušinimo konvekcija.
Minėtų veiksnių analizė iš PCB yra veiksmingas būdas išspręsti spausdintinės plokštės temperatūros kilimą. Šie veiksniai dažnai yra susiję ir priklausomi nuo produkto ir sistemos. Dauguma veiksnių turėtų būti analizuojami atsižvelgiant į faktinę situaciją, tik atsižvelgiant į konkrečią faktinę situaciją. Tik šioje situacijoje galima teisingai apskaičiuoti ar įvertinti temperatūros kilimo ir energijos suvartojimo parametrus.
Grandinės plokštės aušinimo būdas
1. Didelio šilumos generavimo įtaisas, šilumos kriauklė ir šilumos laidumo plokštė
Kai keli PCB įrenginiai sukuria didelį šilumos kiekį (mažiau nei 3), prie šilumą generuojančio įrenginio galima prijungti šilumos kriauklę arba šilumos vamzdelį. Kai negalima sumažinti temperatūros, šilumos išsklaidymo efektui sustiprinti galima naudoti aušintuvą su ventiliatoriumi. Kai yra daugiau šildymo prietaisų (daugiau nei 3), galima naudoti didelį šilumos išsklaidymo dangtelį (plokštę). Tai specialus radiatorius, pritaikytas pagal šildymo įrenginio padėtį ir aukštį ant PCB plokštės arba dideliame plokščiame radiatoriuje. Iškirpkite skirtingų komponentų aukštį. Pritvirtinkite šilumos išsklaidymo dangtelį prie komponento paviršiaus ir palieskite kiekvieną komponentą, kad išsklaidytų šilumą. Tačiau dėl prastos komponentų konsistencijos surinkimo ir suvirinimo metu šilumos išsklaidymo efektas nėra geras. Paprastai ant komponento paviršiaus pridedamas minkštas šiluminės fazės keitimo terminis padas, siekiant pagerinti šilumos išsklaidymo efektą.
2. Šilumos išsklaidymas per pačią PCB plokštę
Šiuo metu plačiai naudojamos PCB plokštės yra vario / epoksidinio stiklo audinio substratai arba fenolio dervos stiklo audinio substratai, ir naudojamas nedidelis kiekis popierinių variu dengtų plokščių. Nors šie substratai pasižymi puikiomis elektrinėmis ir apdorojimo savybėmis, jie prastai išsklaido šilumą. Vargu ar galima tikėtis, kad PCB, kaip šilumos išsklaidymo būdas daug šilumos generuojantiems komponentams, praleidžia šilumą iš PCB dervos, bet išsklaido šilumą nuo komponento paviršiaus į aplinkinį orą. Tačiau elektroniniams gaminiams įžengus į komponentų miniatiūrizavimo, didelio tankio montavimo ir didelio karščio surinkimo erą, norint išsklaidyti šilumą, nepakanka pasikliauti labai mažo paviršiaus ploto komponentų paviršiumi. Tuo pačiu metu dėl intensyvaus paviršiuje montuojamų komponentų, tokių kaip QFP ir BGA, naudojimo, komponentų sukurta šiluma dideliais kiekiais perduodama PCB plokštei. Todėl geriausias būdas išspręsti šilumos išsklaidymo problemą yra pagerinti pačios PCB šilumos išsklaidymo pajėgumą, kuris tiesiogiai liečiasi su kaitinimo elementu. Elgiasi arba skleidžia.
3. Priimkite pagrįstą maršruto projektą, kad pasiektumėte šilumos išsklaidymą
Kadangi lape esančios dervos šilumos laidumas yra prastas, o vario folijos linijos ir skylės yra geri šilumos laidininkai, pagrindinės šilumos išsklaidymo priemonės yra vario folijos likučio greičio gerinimas ir šilumos laidumo skylių padidinimas.
Norint įvertinti PCB šilumos išsklaidymo gebą, reikia apskaičiuoti kompozitinės medžiagos, sudarytos iš įvairių medžiagų, turinčių skirtingus šilumos laidumo koeficientus, ekvivalentinį šilumos laidumą (devyni ekv.) - izoliacinį PCB pagrindą.
4. Įrangoje, kuri naudoja laisvą konvekcinį oro aušinimą, integrinius grandynus (ar kitus įrenginius) geriausia išdėstyti vertikaliai arba horizontaliai.
5. Įrenginiai toje pačioje spausdintinėje plokštėje turėtų būti išdėstyti pagal jų šilumos susidarymą ir šilumos išsklaidymo galimybes. Prietaisai su mažu šilumos generavimu arba silpnu atsparumu karščiui (pvz., maži signalų tranzistoriai, mažos apimties integriniai grandynai, elektrolitiniai kondensatoriai ir kt.) dedami į viršutinį aušinimo oro srauto srautą (prie įėjimo), įrenginiai su dideliu šilumos generavimu arba geras atsparumas karščiui (pavyzdžiui, galios tranzistoriai, didelio masto integriniai grandynai ir kt.) yra labiausiai pasroviui nuo aušinimo oro srauto.
6. Horizontaliai didelės galios įtaisai turi būti dedami kuo arčiau spausdintinės plokštės krašto, kad sutrumpėtų šilumos perdavimo kelias; vertikalia kryptimi didelės galios įrenginiai turi būti dedami kuo arčiau spausdintinės plokštės viršaus, kad sumažėtų šių įrenginių temperatūra dirbant su kitais įrenginiais Smūgis.
7. Temperatūrai jautrų įrenginį geriausia dėti toje vietoje, kur temperatūra žemiausia (pavyzdžiui, įrenginio apačioje). Niekada nedėkite jo tiesiai virš šilumą generuojančio įrenginio. Pageidautina, kad keli įrenginiai būtų išdėstyti horizontalioje plokštumoje.
8. Spausdintinės plokštės šilumos išsklaidymas įrenginyje daugiausia priklauso nuo oro srauto, todėl projektuojant reikia ištirti oro srauto kelią ir tinkamai sukonfigūruoti įrenginį arba spausdintinę plokštę. Kai oras teka, jis visada linkęs tekėti ten, kur varža maža, todėl konfigūruojant įrenginius spausdintinėje plokštėje reikia vengti palikti didelę oro erdvę tam tikroje srityje. Kelių spausdintinių plokščių konfigūracija visoje mašinoje taip pat turėtų atkreipti dėmesį į tą pačią problemą.
9. Venkite karštųjų taškų koncentracijos ant PCB, kiek įmanoma tolygiau paskirstykite galią ant PCB ir palaikykite vienodą ir nuoseklų PCB paviršiaus temperatūros veikimą. Dažnai sunku pasiekti griežtą vienodą paskirstymą projektavimo procese, tačiau būtina vengti zonų, kuriose yra per didelis galios tankis, kad būtų išvengta karštųjų taškų, kurie turi įtakos normaliam visos grandinės veikimui. Jei sąlygos leidžia, būtina atlikti spausdintinių grandinių šiluminio efektyvumo analizę. Pavyzdžiui, šiluminio efektyvumo indekso analizės programinės įrangos moduliai, įtraukti į profesionalią PCB projektavimo programinę įrangą, gali padėti dizaineriams optimizuoti grandinės dizainą.