Toplota, ki jo ustvari elektronska oprema med delovanjem, povzroči hitro povišanje notranje temperature opreme. Če se toplota ne odvaja pravočasno, se bo oprema še naprej segrevala, naprava bo odpovedala zaradi pregrevanja in zanesljivost elektronske opreme bo padla. Zato je zelo pomembno odvajanje toplote na vezje.
Faktorska analiza dviga temperature tiskanega vezja
Neposredni vzrok za povišanje temperature tiskane plošče je posledica prisotnosti naprav za porabo energije v vezju, elektronske naprave pa imajo porabo energije v različnih stopnjah, intenzivnost toplote pa se spreminja s porabo energije.
Dva pojava dviga temperature v tiskanih ploščah:
(1) lokalno povišanje temperature ali povišanje temperature na velikem območju;
(2) Kratkotrajno povišanje temperature ali dolgotrajno povišanje temperature.
Pri analizi porabe toplotne energije PCB na splošno z naslednjih vidikov.
Poraba električne energije
(1) analizirati porabo energije na enoto površine;
(2) Analizirajte porazdelitev porabe energije na tiskanem vezju.
2. Zgradba tiskane plošče
(1) velikost tiskane plošče;
(2) Material tiskane plošče.
3. Način namestitve tiskane plošče
(1) način namestitve (kot je navpična namestitev in vodoravna namestitev);
(2) Stanje tesnjenja in oddaljenost od ohišja.
4. Toplotno sevanje
(1) Emisivnost površine tiskane plošče;
(2) temperaturna razlika med tiskano ploščo in sosednjo površino ter njihova absolutna temperatura;
5. Toplotna prevodnost
(1) Namestite radiator;
(2) Izvedba drugih konstrukcijskih delov inštalacije.
6. Toplotna konvekcija
(1) naravna konvekcija;
(2) Prisilno hlajenje s konvekcijo.
Analiza zgornjih dejavnikov iz tiskanega vezja je učinkovit način za reševanje dviga temperature tiskane plošče. Ti dejavniki so pogosto povezani in odvisni v izdelku in sistemu. Večino dejavnikov je treba analizirati glede na dejansko stanje, samo za konkretno dejansko stanje. Samo v tem primeru je mogoče pravilno izračunati ali oceniti parametre dviga temperature in porabe energije.
Metoda hlajenja vezja
1. Naprava z veliko toploto ter hladilno telo in plošča za toplotno prevodnost
Ko nekaj naprav v tiskanem vezju proizvede veliko količino toplote (manj kot 3), lahko napravi za ustvarjanje toplote dodate hladilno telo ali toplotno cev. Kadar temperature ni mogoče znižati, lahko za povečanje učinka odvajanja toplote uporabite hladilno telo z ventilatorjem. Kadar je grelnih naprav več (več kot 3), se lahko uporabi velik pokrov za odvajanje toplote (plošča). Gre za poseben radiator, prilagojen glede na položaj in višino grelne naprave na PCB plošči ali v velikem ploščatem radiatorju. Izrežite višino različnih komponent. Pritrdite pokrov za odvajanje toplote na površino komponente in se dotaknite vsake komponente, da odvajate toploto. Vendar pa zaradi slabe konsistence komponent med sestavljanjem in varjenjem učinek odvajanja toplote ni dober. Običajno je na površino komponente dodana mehka toplotna fazno menjava toplotne blazinice za izboljšanje učinka odvajanja toplote.
2. Odvajanje toplote skozi samo PCB ploščo
Trenutno so široko uporabljene PCB plošče substrati iz bakrene/epoksi steklene tkanine ali substrati iz steklene tkanine iz fenolne smole, uporablja pa se tudi majhna količina bakrenih plošč na osnovi papirja. Čeprav imajo ti substrati odlično električno zmogljivost in zmogljivost obdelave, imajo slabo odvajanje toplote. Kot pot odvajanja toplote za komponente, ki proizvajajo veliko toplote, je težko pričakovati, da bo sam PCB prevajal toploto iz smole PCB-ja, temveč bo odvajal toploto s površine komponente v okoliški zrak. Ker pa so elektronski izdelki vstopili v dobo miniaturizacije komponent, namestitve z visoko gostoto in sestavljanja z visoko toploto, ni dovolj, da se za odvajanje toplote zanašamo na površino komponent z zelo majhno površino. Hkrati se zaradi velike uporabe površinsko nameščenih komponent, kot sta QFP in BGA, toplota, ki jo ustvarijo komponente, v velikih količinah prenese na ploščo PCB. Zato je najboljši način za rešitev odvajanja toplote izboljšanje zmogljivosti odvajanja toplote samega tiskanega vezja v neposrednem stiku z grelnim elementom. Vodenje ali oddajanje.
3. Sprejmite razumno načrtovanje poti, da dosežete odvajanje toplote
Ker je toplotna prevodnost smole v plošči slaba, linije in luknje iz bakrene folije pa so dobri prevodniki toplote, sta izboljšanje stopnje ostankov bakrene folije in povečanje lukenj za toplotno prevodnost glavni način odvajanja toplote.
Za ovrednotenje zmogljivosti odvajanja toplote PCB je treba izračunati ekvivalentno toplotno prevodnost (devet eq) kompozitnega materiala, sestavljenega iz različnih materialov z različnimi koeficienti toplotne prevodnosti – izolacijskega substrata za PCB.
4. Pri opremi, ki uporablja zračno hlajenje s prosto konvekcijo, je najbolje, da so integrirana vezja (ali druge naprave) nameščena navpično ali vodoravno.
5. Naprave na isti tiskani plošči morajo biti čim bolj razporejene glede na proizvodnjo in odvajanje toplote. Naprave z majhno toploto ali slabo toplotno odpornostjo (kot so majhni signalni tranzistorji, majhna integrirana vezja, elektrolitski kondenzatorji itd.) so nameščene v najvišji tok hladilnega zraka (na vhodu), naprave z velikim toploto oz. dobra toplotna odpornost (kot so močnostni tranzistorji, obsežna integrirana vezja itd.) so nameščeni najbolj nižje od toka hladilnega zraka.
6. V vodoravni smeri morajo biti visokozmogljive naprave nameščene čim bližje robu tiskane plošče, da se skrajša pot prenosa toplote; v navpični smeri morajo biti naprave z veliko močjo nameščene čim bližje vrhu tiskane plošče, da se zmanjša temperatura teh naprav pri delu na drugih napravah Impact.
7. Temperaturno občutljivo napravo je najbolje postaviti na območje z najnižjo temperaturo (kot je dno naprave). Nikoli ga ne postavljajte neposredno nad napravo, ki proizvaja toploto. Več naprav je prednostno razporejenih na vodoravni ravnini.
8. Odvajanje toplote tiskane plošče v opremi je v glavnem odvisno od pretoka zraka, zato je treba pot zračnega toka preučiti pri načrtovanju in napravo ali tiskano vezje ustrezno konfigurirati. Ko zrak teče, vedno teži tja, kjer je upor majhen, zato se je treba pri konfiguraciji naprav na tiskanem vezju izogibati puščanju velikega zračnega prostora na določenem območju. Konfiguracija več tiskanih vezij v celotnem stroju mora biti pozorna tudi na isto težavo.
9. Izogibajte se koncentraciji vročih točk na tiskanem vezju, čim bolj enakomerno porazdelite moč na tiskano vezje in ohranite enakomerno in dosledno temperaturno delovanje površine tiskanega vezja. V procesu načrtovanja je pogosto težko doseči strogo enotno porazdelitev, vendar se je treba izogibati območjem s previsoko gostoto moči, da se izognemo vročim točkam, ki vplivajo na normalno delovanje celotnega vezja. Če razmere dopuščajo, je potrebna analiza toplotne učinkovitosti tiskanih vezij. Na primer, programski moduli za analizo indeksa toplotne učinkovitosti, dodani nekaterim profesionalnim programom za načrtovanje tiskanih vezij, lahko oblikovalcem pomagajo optimizirati zasnovo vezja.