Ciepło wytwarzane przez sprzęt elektroniczny podczas pracy powoduje gwałtowny wzrost temperatury wewnętrznej sprzętu. Jeśli ciepło nie zostanie rozproszone na czas, sprzęt będzie się nagrzewał, urządzenie ulegnie awarii z powodu przegrzania, a niezawodność sprzętu elektronicznego spadnie. Dlatego bardzo ważne jest odprowadzenie ciepła do płytki drukowanej.

Analiza czynnikowa wzrostu temperatury płytki drukowanej

Bezpośrednią przyczyną wzrostu temperatury płytki drukowanej jest obecność urządzeń zużywających energię w obwodzie, a urządzenia elektroniczne zużywają energię w różnym stopniu, a intensywność ciepła zmienia się wraz ze zużyciem energii.

Dwa zjawiska wzrostu temperatury na płytach drukowanych:
(1) Lokalny wzrost temperatury lub wzrost temperatury na dużym obszarze;
(2) Krótkoterminowy wzrost temperatury lub długotrwały wzrost temperatury.

Analizując zużycie energii cieplnej PCB, ogólnie z następujących aspektów.

Zużycie energii elektrycznej
(1) Przeanalizuj zużycie energii na jednostkę powierzchni;
(2) Przeanalizuj rozkład zużycia energii na płytce drukowanej.

2. Konstrukcja płytki drukowanej
(1) Rozmiar płytki drukowanej;
(2) Materiał płytki drukowanej.

3. Sposób montażu płytki drukowanej
(1) Metoda instalacji (taka jak instalacja pionowa i instalacja pozioma);
(2) Stan uszczelnienia i odległość od obudowy.

4. Promieniowanie cieplne
(1) Emisyjność powierzchni płyty drukowanej;
(2) Różnica temperatur pomiędzy płytką drukowaną a przylegającą powierzchnią oraz ich temperatura bezwzględna;

5. Przewodnictwo cieplne
(1) Zamontuj grzejnik;
(2) Prowadzenie pozostałych elementów konstrukcyjnych instalacji.

6. Konwekcja cieplna
(1) Konwekcja naturalna;
(2) Wymuszona konwekcja chłodząca.

Analiza powyższych czynników z płytki PCB jest skutecznym sposobem rozwiązania problemu wzrostu temperatury płytki drukowanej. Czynniki te są często powiązane i zależne w produkcie i systemie. Większość czynników należy analizować w oparciu o sytuację rzeczywistą, tylko w odniesieniu do konkretnej sytuacji rzeczywistej. Tylko w takiej sytuacji można poprawnie obliczyć lub oszacować parametry wzrostu temperatury i poboru mocy.

Metoda chłodzenia płytki drukowanej

1. Urządzenie generujące duże ciepło oraz radiator i płyta przewodząca ciepło
Gdy kilka urządzeń na płytce drukowanej generuje dużą ilość ciepła (mniej niż 3), do urządzenia wytwarzającego ciepło można dodać radiator lub rurkę cieplną. Jeżeli nie można obniżyć temperatury, można zastosować radiator z wentylatorem w celu zwiększenia efektu odprowadzania ciepła. W przypadku większej liczby urządzeń grzewczych (więcej niż 3) można zastosować dużą osłonę odprowadzającą ciepło (płytę). Jest to specjalny grzejnik dostosowany do położenia i wysokości urządzenia grzewczego na płytce drukowanej lub w dużym płaskim grzejniku. Wytnij wysokość różnych komponentów. Przymocuj osłonę rozpraszającą ciepło do powierzchni komponentu i skontaktuj się z każdym komponentem, aby rozproszyć ciepło. Jednak ze względu na słabą konsystencję elementów podczas montażu i spawania, efekt odprowadzania ciepła nie jest dobry. Zwykle na powierzchnię elementu dodaje się miękką podkładkę termiczną ze zmianą fazy, aby poprawić efekt rozpraszania ciepła.

2. Rozpraszanie ciepła przez samą płytkę drukowaną
Obecnie powszechnie stosowanymi płytkami PCB są podłoża z tkaniny pokrytej miedzią/epoksydem lub tkaniny szklanej z żywicy fenolowej, przy czym stosowana jest niewielka ilość płytek pokrytych miedzią na bazie papieru. Chociaż te podłoża mają doskonałe parametry elektryczne i wydajność przetwarzania, mają słabe odprowadzanie ciepła. Trudno oczekiwać, że sama płytka PCB będzie przewodzić ciepło z żywicy PCB, ale będzie odprowadzać ciepło z powierzchni elementu do otaczającego powietrza. Ponieważ jednak produkty elektroniczne wkroczyły w erę miniaturyzacji komponentów, instalacji o dużej gęstości i montażu charakteryzującego się wysoką temperaturą, nie wystarczy polegać na powierzchni komponentów o bardzo małej powierzchni do odprowadzania ciepła. Jednocześnie, ze względu na intensywne wykorzystanie komponentów do montażu powierzchniowego, takich jak QFP i BGA, ciepło wytwarzane przez komponenty jest przekazywane w dużych ilościach do płytki PCB. Dlatego najlepszym sposobem rozwiązania problemu rozpraszania ciepła jest poprawa zdolności odprowadzania ciepła przez samą płytkę drukowaną w bezpośrednim kontakcie z elementem grzejnym. Prowadzić lub emitować.

3. Zastosuj rozsądny projekt trasowania, aby uzyskać rozpraszanie ciepła
Ponieważ przewodność cieplna żywicy w arkuszu jest słaba, a linie i otwory z folii miedzianej są dobrymi przewodnikami ciepła, głównym sposobem rozpraszania ciepła jest poprawa współczynnika resztkowego folii miedzianej i zwiększenie liczby otworów przewodzących ciepło.
Aby ocenić zdolność rozpraszania ciepła przez płytkę PCB, konieczne jest obliczenie zastępczej przewodności cieplnej (dziewięć równoważników) materiału kompozytowego złożonego z różnych materiałów o różnych współczynnikach przewodności cieplnej – podłoża izolacyjnego dla PCB.

4. W przypadku sprzętu wykorzystującego chłodzenie powietrzem na zasadzie konwekcji swobodnej najlepiej jest ułożyć układy scalone (lub inne urządzenia) pionowo lub poziomo.

5. Urządzenia na tej samej płytce drukowanej powinny być rozmieszczone w miarę możliwości zgodnie z wytwarzaniem i odprowadzaniem ciepła. Urządzenia o małym wytwarzaniu ciepła lub o słabej rezystancji cieplnej (takie jak tranzystory o małym sygnale, małoskalowe układy scalone, kondensatory elektrolityczne itp.) są umieszczane w najwyższym strumieniu przepływu powietrza chłodzącego (na wejściu), urządzenia o dużym wytwarzaniu ciepła lub o dobrej odporności na ciepło (takie jak tranzystory mocy, wielkogabarytowe układy scalone itp.) są umieszczone najbardziej za strumieniem powietrza chłodzącego.

6. W kierunku poziomym urządzenia dużej mocy należy umieszczać jak najbliżej krawędzi płytki drukowanej, aby skrócić drogę wymiany ciepła; w kierunku pionowym urządzenia dużej mocy należy umieszczać jak najbliżej góry płytki drukowanej, aby obniżyć temperaturę tych urządzeń podczas pracy na innych urządzeniach Impact.

7. Urządzenie wrażliwe na temperaturę najlepiej umieścić w miejscu o najniższej temperaturze (np. na spodzie urządzenia). Nigdy nie umieszczaj go bezpośrednio nad urządzeniem wytwarzającym ciepło. Korzystnie jest, gdy wiele urządzeń jest ustawionych naprzemiennie w płaszczyźnie poziomej.

8. Rozpraszanie ciepła przez płytkę drukowaną w urządzeniu zależy głównie od przepływu powietrza, dlatego w projekcie należy uwzględnić ścieżkę przepływu powietrza, a urządzenie lub płytkę drukowaną należy rozsądnie skonfigurować. Kiedy powietrze przepływa, zawsze ma ono tendencję do przepływu tam, gdzie opór jest mały, dlatego konfigurując urządzenia na płytce drukowanej należy unikać pozostawiania dużej przestrzeni powietrznej w określonym obszarze. Konfiguracja wielu płytek drukowanych w całej maszynie powinna również zwrócić uwagę na ten sam problem.

9. Unikaj koncentracji gorących punktów na płytce PCB, równomiernie rozprowadzaj moc na płytce PCB w miarę możliwości i utrzymuj równomierną i stałą temperaturę powierzchni PCB. Często trudno jest osiągnąć w procesie projektowania ściśle równomierny rozkład, ale należy unikać obszarów o zbyt dużej gęstości mocy, aby uniknąć gorących punktów, które wpływają na normalne działanie całego obwodu. Jeśli warunki na to pozwalają, konieczna jest analiza sprawności cieplnej obwodów drukowanych. Na przykład moduły oprogramowania do analizy wskaźnika sprawności cieplnej dodane do niektórych profesjonalnych programów do projektowania płytek PCB mogą pomóc projektantom w optymalizacji projektu obwodów.