Тепло, выделяемое электронным оборудованием во время работы, приводит к быстрому повышению внутренней температуры оборудования. Если тепло не будет рассеиваться вовремя, оборудование продолжит нагреваться, устройство выйдет из строя из-за перегрева, надежность электронного оборудования снизится. Поэтому очень важно отводить тепло от печатной платы.
Факторный анализ повышения температуры печатной платы
Непосредственная причина повышения температуры печатной платы связана с наличием в схеме устройств энергопотребления, а электронные устройства имеют энергопотребление в разной степени, а интенсивность нагрева меняется в зависимости от потребляемой мощности.
Два явления повышения температуры печатных плат:
(1) Локальное повышение температуры или повышение температуры на большой площади;
(2) Кратковременное или долговременное повышение температуры.
При анализе энергопотребления печатной платы, как правило, со следующих точек зрения.
Потребление электроэнергии
(1) Анализ энергопотребления на единицу площади;
(2) Проанализируйте распределение потребляемой мощности на печатной плате.
2. Структура печатной платы.
(1) Размер печатной платы;
(2) Материал печатной платы.
3. Способ установки печатной платы.
(1) метод установки (например, вертикальная и горизонтальная установка);
(2) Состояние уплотнения и расстояние от корпуса.
4. Тепловое излучение
(1) Излучательная способность поверхности печатной платы;
(2) Разница температур между печатной платой и прилегающей поверхностью и их абсолютная температура;
5. Теплопроводность
(1) Установите радиатор;
(2) Проводимость других конструктивных частей установки.
6. Тепловая конвекция
(1) Естественная конвекция;
(2) Принудительная охлаждающая конвекция.
Анализ вышеуказанных факторов на печатной плате является эффективным способом решения проблемы повышения температуры печатной платы. Эти факторы часто связаны и зависят друг от друга в продукте и системе. Большинство факторов следует анализировать в соответствии с реальной ситуацией, только для конкретной фактической ситуации. Только в этой ситуации можно правильно рассчитать или оценить параметры повышения температуры и энергопотребления.
Метод охлаждения печатной платы
1. Устройство с высоким тепловыделением, радиатор и пластина теплопроводности.
Когда несколько устройств на печатной плате выделяют большое количество тепла (менее 3), к теплогенерирующему устройству можно добавить радиатор или тепловую трубку. Если температуру снизить невозможно, для усиления эффекта рассеивания тепла можно использовать радиатор с вентилятором. При наличии большего количества нагревательных приборов (более 3-х) можно использовать большую теплоотводящую крышку (плату). Это специальный радиатор, настроенный в зависимости от положения и высоты нагревательного устройства на печатной плате или в большом плоском радиаторе. Вырежьте высоту различных компонентов. Закрепите крышку рассеивания тепла на поверхности компонента и прикоснитесь к каждому компоненту для рассеивания тепла. Однако из-за плохой консистенции компонентов во время сборки и сварки эффект рассеивания тепла не является хорошим. Обычно на поверхность компонента добавляется мягкая термопрокладка с фазовым переходом для улучшения эффекта рассеивания тепла.
2. Отвод тепла через саму печатную плату.
В настоящее время широко используемые пластины печатных плат представляют собой подложки из стеклоткани с медным покрытием или эпоксидной смолой или подложки из стеклоткани из фенольной смолы, а также используется небольшое количество пластин с медным покрытием на бумажной основе. Хотя эти подложки обладают отличными электрическими характеристиками и производительностью обработки, они плохо рассеивают тепло. В качестве пути рассеивания тепла для компонентов с высоким выделением тепла вряд ли можно ожидать, что сама печатная плата будет отводить тепло от смолы печатной платы, а будет рассеивать тепло от поверхности компонента в окружающий воздух. Однако, поскольку электронные продукты вступили в эпоху миниатюризации компонентов, установки с высокой плотностью и высокой температурой сборки, недостаточно полагаться на поверхность компонентов с очень маленькой площадью поверхности для рассеивания тепла. В то же время из-за интенсивного использования компонентов поверхностного монтажа, таких как QFP и BGA, тепло, выделяемое компонентами, в больших количествах передается на печатную плату. Поэтому лучший способ решить проблему рассеивания тепла — это улучшить способность рассеивания тепла самой печатной платы при непосредственном контакте с нагревательным элементом. Проводите или излучайте.
3. Примите разумную конструкцию маршрутизации для обеспечения рассеивания тепла.
Поскольку теплопроводность смолы в листе низкая, а линии и отверстия медной фольги являются хорошими проводниками тепла, улучшение остаточного коэффициента медной фольги и увеличение отверстий теплопроводности являются основным средством рассеивания тепла.
Чтобы оценить теплоотводящую способность печатной платы, необходимо рассчитать эквивалентную теплопроводность (девять экв) композиционного материала, составленного из различных материалов с разными коэффициентами теплопроводности — изолирующей подложки для печатной платы.
4. Для оборудования, использующего воздушное охлаждение со свободной конвекцией, лучше всего располагать интегральные схемы (или другие устройства) вертикально или горизонтально.
5. Устройства на одной печатной плате должны быть максимально расположены по их тепловыделению и теплоотдаче. Устройства с малым тепловыделением или плохой термостойкостью (например, малосигнальные транзисторы, малые интегральные схемы, электролитические конденсаторы и т. д.) размещают в самом верхнем потоке охлаждающего воздушного потока (на входе), устройства с большим тепловыделением или Хорошая термостойкость (например, силовые транзисторы, большие интегральные схемы и т. д.) размещаются в самой нижней части потока охлаждающего воздуха.
6. В горизонтальном направлении мощные устройства следует размещать как можно ближе к краю печатной платы, чтобы сократить путь теплопередачи; в вертикальном направлении мощные устройства следует размещать как можно ближе к верху печатной платы, чтобы снизить температуру этих устройств при работе с другими устройствами Impact.
7. Чувствительное к температуре устройство лучше всего размещать в зоне с самой низкой температурой (например, в нижней части устройства). Никогда не размещайте его непосредственно над устройством, выделяющим тепло. Несколько устройств предпочтительно расположены в горизонтальной плоскости в шахматном порядке.
8. Рассеяние тепла печатной платы в оборудовании в основном зависит от потока воздуха, поэтому при проектировании следует изучить путь прохождения воздуха, а устройство или печатную плату следует разумно сконфигурировать. Когда воздух течет, он всегда стремится течь туда, где сопротивление мало, поэтому при настройке устройств на печатной плате необходимо избегать оставления большого воздушного пространства на определенной площади. Конфигурация нескольких печатных плат во всей машине также должна учитывать ту же проблему.
9. Избегайте концентрации горячих точек на печатной плате, максимально равномерно распределяйте мощность на печатной плате и поддерживайте одинаковые и постоянные температурные характеристики поверхности печатной платы. В процессе проектирования зачастую сложно добиться строгого равномерного распределения, но необходимо избегать областей со слишком высокой удельной мощностью, чтобы избежать горячих точек, влияющих на нормальную работу всей схемы. Если позволяют условия, необходим анализ термической эффективности печатных плат. Например, программные модули для анализа индекса тепловой эффективности, добавленные в некоторые профессиональные программы для проектирования печатных плат, могут помочь проектировщикам оптимизировать проектирование схем.