Teplo generované elektronickým zariadením počas prevádzky spôsobuje rýchle zvýšenie vnútornej teploty zariadenia. Ak sa teplo neodvedie včas, zariadenie sa bude naďalej zahrievať, zariadenie zlyhá v dôsledku prehriatia a spoľahlivosť elektronického zariadenia sa zníži. Preto je veľmi dôležité odvádzať teplo do dosky plošných spojov.
Faktorová analýza nárastu teploty dosky plošných spojov
Priama príčina zvýšenia teploty dosky s plošnými spojmi je spôsobená prítomnosťou zariadení na spotrebu energie obvodov a elektronické zariadenia majú spotrebu energie v rôznej miere a intenzita tepla sa mení so spotrebou energie.
Dva javy nárastu teploty v doskách s plošnými spojmi:
(1) miestne zvýšenie teploty alebo zvýšenie teploty na veľkej ploche;
(2) Krátkodobé zvýšenie teploty alebo dlhodobé zvýšenie teploty.
Pri analýze spotreby tepelnej energie PCB vo všeobecnosti z nasledujúcich hľadísk.
Spotreba elektrickej energie
(1) Analyzujte spotrebu energie na jednotku plochy;
(2) Analyzujte rozloženie spotreby energie na doske plošných spojov.
2. Štruktúra dosky s plošnými spojmi
(1) Veľkosť dosky s plošnými spojmi;
(2) Materiál dosky s plošnými spojmi.
3. Spôsob inštalácie dosky s plošnými spojmi
(1) Spôsob inštalácie (ako je vertikálna inštalácia a horizontálna inštalácia);
(2) Stav tesnenia a vzdialenosť od krytu.
4. Tepelné žiarenie
(1) emisivita povrchu dosky s plošnými spojmi;
(2) teplotný rozdiel medzi doskou s plošnými spojmi a priľahlým povrchom a ich absolútna teplota;
5. Vedenie tepla
(1) Nainštalujte chladič;
(2) Vedenie ostatných konštrukčných častí inštalácie.
6. Tepelná konvekcia
(1) Prirodzená konvekcia;
(2) Nútená chladiaca konvekcia.
Analýza vyššie uvedených faktorov z DPS je efektívnym spôsobom riešenia nárastu teploty plošného spoja. Tieto faktory často súvisia a závisia v produkte a systéme. Väčšina faktorov by sa mala analyzovať podľa skutočnej situácie, len pre konkrétnu skutočnú situáciu. Iba v tejto situácii je možné správne vypočítať alebo odhadnúť parametre nárastu teploty a spotreby energie.
Spôsob chladenia dosky plošných spojov
1. Zariadenie generujúce vysoké teplo plus chladič a doska na vedenie tepla
Keď niekoľko zariadení v doske plošných spojov generuje veľké množstvo tepla (menej ako 3), k zariadeniu generujúcemu teplo možno pridať chladič alebo tepelnú trubicu. Keď sa teplota nedá znížiť, na zvýšenie efektu odvodu tepla možno použiť chladič s ventilátorom. Keď je viac vykurovacích zariadení (viac ako 3), môže sa použiť veľký kryt na odvod tepla (doska). Ide o špeciálny radiátor prispôsobený podľa polohy a výšky vykurovacieho zariadenia na doske plošných spojov alebo vo veľkom plochom radiátore Vystrihnite výšku rôznych komponentov. Pripevnite kryt na odvádzanie tepla k povrchu súčiastky a dotknite sa každej súčiastky, aby sa teplo rozptýlilo. Avšak kvôli zlej konzistencii komponentov počas montáže a zvárania nie je efekt rozptylu tepla dobrý. Zvyčajne sa na povrch komponentu pridáva mäkká tepelná podložka so zmenou fázy, aby sa zlepšil efekt rozptylu tepla.
2. Odvod tepla cez samotnú dosku PCB
V súčasnosti sú široko používanými doskami PCB doštičky plátované meďou/epoxidovou sklenenou tkaninou alebo substráty sklenenej tkaniny z fenolovej živice a používa sa malé množstvo dosiek pokrytých meďou na báze papiera. Hoci tieto substráty majú vynikajúci elektrický výkon a výkon spracovania, majú slabý odvod tepla. Ako spôsob odvádzania tepla pre komponenty s vysokou produkciou tepla možno len ťažko očakávať, že samotná doska plošných spojov bude viesť teplo zo živice dosky plošných spojov, ale bude teplo odvádzať z povrchu komponentu do okolitého vzduchu. Keďže však elektronické produkty vstúpili do éry miniaturizácie komponentov, inštalácie s vysokou hustotou a montáže s vysokou teplotou, nestačí sa spoliehať na to, že teplo rozptýli povrch komponentov s veľmi malým povrchom. Súčasne, v dôsledku intenzívneho používania povrchovo montovaných komponentov, ako sú QFP a BGA, sa teplo generované komponentmi prenáša na dosku PCB vo veľkých množstvách. Preto najlepším spôsobom, ako vyriešiť odvod tepla, je zlepšiť schopnosť odvádzania tepla samotnej DPS v priamom kontakte s vykurovacím telesom. Konať alebo vyžarovať.
3. Prijmite primeraný návrh smerovania na dosiahnutie odvodu tepla
Pretože tepelná vodivosť živice v liste je zlá a medené fóliové línie a otvory sú dobrými vodičmi tepla, zlepšenie zvyškovej rýchlosti medenej fólie a zvýšenie tepelne vodivých otvorov sú hlavnými prostriedkami na odvádzanie tepla.
Na vyhodnotenie schopnosti DPS odvádzať teplo je potrebné vypočítať ekvivalentnú tepelnú vodivosť (deväť ekv.) kompozitného materiálu zloženého z rôznych materiálov s rôznymi koeficientmi tepelnej vodivosti – izolačného substrátu pre DPS.
4. Pri zariadeniach, ktoré využívajú chladenie vzduchom voľným prúdením, je najlepšie usporiadať integrované obvody (alebo iné zariadenia) vertikálne alebo horizontálne.
5. Zariadenia na tej istej doske s plošnými spojmi by mali byť usporiadané čo najviac podľa ich tvorby tepla a odvodu tepla. Zariadenia s malým vývinom tepla alebo zlou tepelnou odolnosťou (ako sú malé signálové tranzistory, malorozmerové integrované obvody, elektrolytické kondenzátory a pod.) sa umiestňujú do Najvyššieho prúdu prúdu chladiaceho vzduchu (na vstupe), zariadení s veľkým vývinom tepla resp. dobrá tepelná odolnosť (ako sú výkonové tranzistory, rozsiahle integrované obvody atď.) sú umiestnené najviac za prúdom chladiaceho vzduchu.
6. V horizontálnom smere by mali byť zariadenia s vysokým výkonom umiestnené čo najbližšie k okraju dosky s plošnými spojmi, aby sa skrátila cesta prenosu tepla; vo vertikálnom smere by mali byť zariadenia s vysokým výkonom umiestnené čo najbližšie k hornej časti dosky s plošnými spojmi, aby sa znížila teplota týchto zariadení pri práci na iných zariadeniach Náraz.
7. Zariadenie citlivé na teplotu je najlepšie umiestniť do oblasti s najnižšou teplotou (napríklad na spodok zariadenia). Nikdy ho neumiestňujte priamo nad zariadenie generujúce teplo. Viaceré zariadenia sú s výhodou usporiadané na horizontálnej rovine.
8. Odvádzanie tepla dosky s plošnými spojmi v zariadení závisí hlavne od prúdenia vzduchu, preto by sa pri návrhu mala študovať dráha prúdenia vzduchu a zariadenie alebo doska plošných spojov by mali byť primerane nakonfigurované. Keď vzduch prúdi, vždy má tendenciu prúdiť tam, kde je odpor malý, takže pri konfigurácii zariadení na doske plošných spojov je potrebné vyhnúť sa ponechaniu veľkého vzduchového priestoru v určitej oblasti. Konfigurácia viacerých dosiek plošných spojov v celom stroji by mala venovať pozornosť rovnakému problému.
9. Zabráňte koncentrácii horúcich miest na doske plošných spojov, rovnomerne rozdeľte napájanie na doske plošných spojov čo najviac a udržujte teplotný výkon povrchu plošných spojov rovnomerný a konzistentný. Často je ťažké dosiahnuť striktnú rovnomernú distribúciu v procese návrhu, ale je potrebné vyhnúť sa oblastiam s príliš vysokou hustotou výkonu, aby sa predišlo horúcim miestam, ktoré ovplyvňujú normálnu prevádzku celého okruhu. Ak to podmienky dovoľujú, je potrebná analýza tepelnej účinnosti plošných spojov. Napríklad softvérové moduly na analýzu indexu tepelnej účinnosti pridané do niektorého profesionálneho softvéru na návrh PCB môžu pomôcť dizajnérom optimalizovať návrh obvodu.