ความร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระหว่างการทำงานทำให้อุณหภูมิภายในของอุปกรณ์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากความร้อนไม่กระจายไปทันเวลา อุปกรณ์ก็จะร้อนขึ้นต่อไป อุปกรณ์จะล้มเหลวเนื่องจากความร้อนสูงเกินไป และความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะลดลง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญมากที่จะต้องกระจายความร้อนไปยังแผงวงจร

การวิเคราะห์ปัจจัยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของแผงวงจรพิมพ์

สาเหตุโดยตรงของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของบอร์ดพิมพ์เกิดจากการมีอุปกรณ์สิ้นเปลืองพลังงานในวงจร และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีการใช้พลังงานในระดับที่แตกต่างกัน และความเข้มของความร้อนจะเปลี่ยนไปตามการใช้พลังงาน

ปรากฏการณ์สองประการของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในบอร์ดพิมพ์:
(1) อุณหภูมิท้องถิ่นที่เพิ่มขึ้นหรืออุณหภูมิพื้นที่ขนาดใหญ่เพิ่มขึ้น
(2) อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในระยะสั้นหรืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในระยะยาว

เมื่อวิเคราะห์การใช้พลังงานความร้อนของ PCB โดยทั่วไปจะพิจารณาจากประเด็นต่อไปนี้

การใช้พลังงานไฟฟ้า
(1) วิเคราะห์การใช้พลังงานต่อหน่วยพื้นที่
(2) วิเคราะห์การกระจายการใช้พลังงานบนแผงวงจร PCB

2. โครงสร้างของกระดานพิมพ์
(1) ขนาดของกระดานพิมพ์
(2) วัสดุของกระดานพิมพ์

3. วิธีการติดตั้งบอร์ดพิมพ์
(1) วิธีการติดตั้ง (เช่นการติดตั้งในแนวตั้งและแนวนอน)
(2) สภาพการซีลและระยะห่างจากตัวเรือน

4. การแผ่รังสีความร้อน
(1) การแผ่รังสีของพื้นผิวบอร์ดพิมพ์
(2) ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างบอร์ดพิมพ์กับพื้นผิวที่อยู่ติดกันและอุณหภูมิสัมบูรณ์

5. การนำความร้อน
(1) ติดตั้งหม้อน้ำ
(2) การนำชิ้นส่วนโครงสร้างการติดตั้งอื่น ๆ

6. การพาความร้อน
(1) การพาความร้อนตามธรรมชาติ
(2) การพาความเย็นแบบบังคับ

การวิเคราะห์ปัจจัยข้างต้นจาก PCB เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของบอร์ดพิมพ์ ปัจจัยเหล่านี้มักเกี่ยวข้องและขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์และระบบ ปัจจัยส่วนใหญ่ควรได้รับการวิเคราะห์ตามสถานการณ์จริง เฉพาะสถานการณ์จริงที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น เฉพาะในสถานการณ์นี้เท่านั้นที่สามารถคำนวณหรือประมาณค่าพารามิเตอร์ของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและการใช้พลังงานได้อย่างถูกต้อง

วิธีการระบายความร้อนของแผงวงจร

1. อุปกรณ์สร้างความร้อนสูงพร้อมแผงระบายความร้อนและแผ่นนำความร้อน
เมื่ออุปกรณ์บางตัวใน PCB สร้างความร้อนจำนวนมาก (น้อยกว่า 3) คุณสามารถเพิ่มตัวระบายความร้อนหรือท่อความร้อนลงในอุปกรณ์สร้างความร้อนได้ เมื่อไม่สามารถลดอุณหภูมิได้ สามารถใช้แผงระบายความร้อนพร้อมพัดลมเพื่อเพิ่มผลการกระจายความร้อน เมื่อมีอุปกรณ์ทำความร้อนมากขึ้น (มากกว่า 3 ตัว) สามารถใช้ฝาครอบกระจายความร้อนขนาดใหญ่ (บอร์ด) ได้ เป็นหม้อน้ำแบบพิเศษที่ปรับแต่งตามตำแหน่งและความสูงของอุปกรณ์ทำความร้อนบนบอร์ด PCB หรือในหม้อน้ำแบบแบนขนาดใหญ่ ตัดความสูงของส่วนประกอบต่างๆ ออก ติดฝาครอบกระจายความร้อนเข้ากับพื้นผิวส่วนประกอบ และสัมผัสแต่ละส่วนประกอบเพื่อกระจายความร้อน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากส่วนประกอบไม่สอดคล้องกันระหว่างการประกอบและการเชื่อม การกระจายความร้อนจึงไม่ดี โดยปกติแล้วแผ่นความร้อนแบบเปลี่ยนเฟสความร้อนแบบอ่อนจะถูกเพิ่มลงบนพื้นผิวส่วนประกอบเพื่อปรับปรุงผลการกระจายความร้อน

2. การกระจายความร้อนผ่านบอร์ด PCB เอง
ปัจจุบันแผ่น PCB ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือพื้นผิวผ้าแก้วเคลือบทองแดง/อีพอกซี หรือพื้นผิวผ้าแก้วฟีนอลิกเรซิน และใช้แผ่นทองแดงหุ้มกระดาษจำนวนเล็กน้อย แม้ว่าพื้นผิวเหล่านี้จะมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและประสิทธิภาพการประมวลผลที่ยอดเยี่ยม แต่ก็มีการกระจายความร้อนต่ำ เนื่องจากเป็นเส้นทางการกระจายความร้อนสำหรับส่วนประกอบที่สร้างความร้อนสูง ตัว PCB เองจึงแทบจะคาดเดาไม่ได้ว่าจะนำความร้อนจากเรซินของ PCB ได้ แต่จะกระจายความร้อนจากพื้นผิวของส่วนประกอบไปยังอากาศโดยรอบ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ได้เข้าสู่ยุคของการย่อขนาดส่วนประกอบ การติดตั้งที่มีความหนาแน่นสูงและการประกอบที่มีความร้อนสูง การพึ่งพาพื้นผิวของส่วนประกอบที่มีพื้นที่ผิวน้อยมากในการกระจายความร้อนจึงไม่เพียงพอ ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากมีการใช้ส่วนประกอบที่ติดตั้งบนพื้นผิวอย่างหนัก เช่น QFP และ BGA ความร้อนที่เกิดจากส่วนประกอบต่างๆ จึงถูกถ่ายโอนไปยังบอร์ด PCB ในปริมาณมาก ดังนั้นวิธีที่ดีที่สุดในการแก้ปัญหาการกระจายความร้อนคือการปรับปรุงความสามารถในการกระจายความร้อนของ PCB เมื่อสัมผัสโดยตรงกับองค์ประกอบความร้อน ประพฤติหรือปล่อย.

3. ใช้การออกแบบเส้นทางที่เหมาะสมเพื่อให้เกิดการกระจายความร้อน
เนื่องจากค่าการนำความร้อนของเรซินในแผ่นไม่ดี และเส้นและรูฟอยล์ทองแดงเป็นตัวนำความร้อนที่ดี การปรับปรุงอัตราการตกค้างของฟอยล์ทองแดงและการเพิ่มรูการนำความร้อนเป็นวิธีหลักในการกระจายความร้อน
ในการประเมินความสามารถในการกระจายความร้อนของ PCB จำเป็นต้องคำนวณค่าการนำความร้อนที่เท่ากัน (เก้า eq) ของวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยวัสดุต่างๆ ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนที่แตกต่างกัน ซึ่งก็คือซับสเตรตที่เป็นฉนวนสำหรับ PCB

4. สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศหมุนเวียนแบบอิสระ วิธีที่ดีที่สุดคือจัดเรียงวงจรรวม (หรืออุปกรณ์อื่นๆ) ในแนวตั้งหรือแนวนอน

5. ควรจัดเรียงอุปกรณ์บนกระดานพิมพ์เดียวกันตามการสร้างความร้อนและการกระจายความร้อนให้มากที่สุด อุปกรณ์ที่มีการสร้างความร้อนเล็กน้อยหรือต้านทานความร้อนต่ำ (เช่น ทรานซิสเตอร์สัญญาณขนาดเล็ก วงจรรวมขนาดเล็ก ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ฯลฯ) จะถูกวางไว้ในกระแสลมระบายความร้อนด้านบนสุด (ที่ทางเข้า) อุปกรณ์ที่มีการสร้างความร้อนสูงหรือ ความต้านทานความร้อนที่ดี (เช่น ทรานซิสเตอร์กำลัง วงจรรวมขนาดใหญ่ ฯลฯ) จะถูกวางไว้ที่ปลายน้ำที่สุดของการไหลเวียนของอากาศทำความเย็น

6. ในแนวนอนควรวางอุปกรณ์กำลังสูงให้ใกล้กับขอบของบอร์ดพิมพ์มากที่สุดเพื่อลดเส้นทางการถ่ายเทความร้อน ในแนวตั้งควรวางอุปกรณ์กำลังสูงไว้ใกล้กับด้านบนของบอร์ดพิมพ์มากที่สุดเพื่อลดอุณหภูมิของอุปกรณ์เหล่านี้เมื่อทำงานกับอุปกรณ์อื่นที่กระทบ

7. ควรวางอุปกรณ์ที่ไวต่ออุณหภูมิไว้ในบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำสุด (เช่น ด้านล่างของอุปกรณ์) ห้ามวางไว้เหนืออุปกรณ์สร้างความร้อนโดยตรง ควรวางอุปกรณ์หลายชิ้นไว้บนระนาบแนวนอน

8. การกระจายความร้อนของบอร์ดพิมพ์ในอุปกรณ์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการไหลของอากาศ ดังนั้นควรศึกษาเส้นทางการไหลของอากาศในการออกแบบ และอุปกรณ์หรือแผงวงจรพิมพ์ควรได้รับการกำหนดค่าอย่างสมเหตุสมผล เมื่ออากาศไหล มักจะไหลในจุดที่มีความต้านทานน้อย ดังนั้นเมื่อกำหนดค่าอุปกรณ์บนแผงวงจรพิมพ์ จึงจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการทิ้งช่องอากาศขนาดใหญ่ไว้ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง การกำหนดค่าแผงวงจรพิมพ์หลายแผ่นในเครื่องทั้งหมดควรคำนึงถึงปัญหาเดียวกันด้วย

9. หลีกเลี่ยงความเข้มข้นของจุดร้อนบน PCB กระจายพลังงานอย่างสม่ำเสมอบน PCB ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และรักษาประสิทธิภาพอุณหภูมิของพื้นผิว PCB ให้สม่ำเสมอและสม่ำเสมอ บ่อยครั้งเป็นเรื่องยากที่จะบรรลุการกระจายที่สม่ำเสมออย่างเข้มงวดในกระบวนการออกแบบ แต่จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงพื้นที่ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงเกินไป เพื่อหลีกเลี่ยงจุดร้อนที่ส่งผลต่อการทำงานปกติของวงจรทั้งหมด ถ้าสภาวะเอื้ออำนวย จำเป็นต้องวิเคราะห์ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวงจรพิมพ์ ตัวอย่างเช่น โมดูลซอฟต์แวร์วิเคราะห์ดัชนีประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เพิ่มเข้ามาในซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB ระดับมืออาชีพบางตัวสามารถช่วยนักออกแบบเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบวงจรได้