Nhiệt được tạo ra bởi thiết bị điện tử trong quá trình hoạt động khiến nhiệt độ bên trong của thiết bị tăng nhanh. Nếu nhiệt không bị tiêu tán kịp thời, thiết bị sẽ tiếp tục nóng lên, thiết bị sẽ bị hỏng do quá nóng và độ tin cậy của thiết bị điện tử sẽ giảm. Do đó, điều rất quan trọng là làm tan nhiệt cho bảng mạch.
Phân tích nhân tố tăng nhiệt độ của bảng mạch in
Nguyên nhân trực tiếp của sự gia tăng nhiệt độ của bảng in là do sự hiện diện của các thiết bị tiêu thụ năng lượng mạch và các thiết bị điện tử có mức tiêu thụ điện năng ở các mức độ khác nhau và cường độ nhiệt thay đổi theo mức tiêu thụ điện năng.
Hai hiện tượng tăng nhiệt độ trong bảng in:
(1) tăng nhiệt độ cục bộ hoặc tăng nhiệt độ diện tích lớn;
(2) Tăng nhiệt độ ngắn hạn hoặc tăng nhiệt độ dài hạn.
Khi phân tích mức tiêu thụ năng lượng nhiệt PCB, thường từ các khía cạnh sau.
Tiêu thụ điện năng
(1) phân tích mức tiêu thụ điện trên một đơn vị diện tích;
(2) Phân tích phân phối tiêu thụ năng lượng trên bảng mạch PCB.
2. Cấu trúc của bảng in
(1) kích thước của bảng in;
(2) Tài liệu của bảng in.
3. Phương pháp cài đặt bảng in
(1) phương pháp cài đặt (như cài đặt dọc và cài đặt ngang);
(2) Điều kiện niêm phong và khoảng cách từ vỏ.
4. Bức xạ nhiệt
(1) sự phát xạ của bề mặt bảng in;
(2) chênh lệch nhiệt độ giữa bảng in và bề mặt liền kề và nhiệt độ tuyệt đối của chúng;
5. Dây dẫn nhiệt
(1) cài đặt bộ tản nhiệt;
(2) Dây dẫn các bộ phận cấu trúc cài đặt khác.
6. Đối lưu nhiệt
(1) đối lưu tự nhiên;
(2) đối lưu làm mát cưỡng bức.
Việc phân tích các yếu tố trên từ PCB là một cách hiệu quả để giải quyết sự gia tăng nhiệt độ của bảng in. Những yếu tố này thường liên quan và phụ thuộc vào một sản phẩm và hệ thống. Hầu hết các yếu tố nên được phân tích theo tình huống thực tế, chỉ cho một tình huống thực tế cụ thể. Chỉ trong tình huống này, các thông số về tăng nhiệt độ và tiêu thụ năng lượng mới được tính hoặc ước tính chính xác.
Phương pháp làm mát bảng mạch
1. Thiết bị tạo nhiệt cao cộng với tản nhiệt và tấm dẫn nhiệt
Khi một vài thiết bị trong PCB tạo ra một lượng lớn nhiệt (dưới 3), một bộ tản nhiệt hoặc ống nhiệt có thể được thêm vào thiết bị tạo nhiệt. Khi nhiệt độ không thể được hạ xuống, một tản nhiệt với quạt có thể được sử dụng để tăng cường hiệu ứng tản nhiệt. Khi có nhiều thiết bị sưởi ấm hơn (hơn 3), có thể sử dụng một lớp phủ nhiệt lớn (bảng). Nó là một bộ tản nhiệt đặc biệt được tùy chỉnh theo vị trí và chiều cao của thiết bị sưởi ấm trên bảng PCB hoặc trong một bộ tản nhiệt phẳng lớn cắt ra chiều cao của các thành phần khác nhau. Thép nắp tản nhiệt vào bề mặt thành phần, và liên hệ với từng thành phần để tiêu tan nhiệt. Tuy nhiên, do tính nhất quán kém của các thành phần trong quá trình lắp ráp và hàn, hiệu ứng tản nhiệt là không tốt. Thông thường, một miếng đệm nhiệt thay đổi pha nhiệt mềm được thêm vào trên bề mặt thành phần để cải thiện hiệu ứng tản nhiệt.
2. Tăng nhiệt thông qua chính bảng PCB
Hiện tại, các tấm PCB được sử dụng rộng rãi là chất nền vải bằng đồng/epoxy hoặc chất nền bằng vải bằng nhựa phenolic, và một lượng nhỏ các tấm đồng bằng đồng dựa trên giấy được sử dụng. Mặc dù các chất nền này có hiệu suất điện và hiệu suất xử lý tuyệt vời, nhưng chúng có sự phân tán nhiệt kém. Là một tuyến đường tản nhiệt cho các thành phần tạo nhiệt cao, bản thân PCB khó có thể dẫn nhiệt từ nhựa của PCB, nhưng sẽ làm tan nhiệt từ bề mặt của thành phần đến không khí xung quanh. Tuy nhiên, vì các sản phẩm điện tử đã bước vào kỷ nguyên thu nhỏ các thành phần, lắp đặt mật độ cao và lắp ráp nhiệt cao, nó không đủ để dựa vào bề mặt của các thành phần có diện tích bề mặt rất nhỏ để làm tan nhiệt. Đồng thời, do sử dụng nặng các thành phần gắn trên bề mặt như QFP và BGA, nhiệt do các thành phần tạo ra được chuyển sang bảng PCB với số lượng lớn. Do đó, cách tốt nhất để giải quyết sự tản nhiệt là cải thiện khả năng tản nhiệt của chính PCB khi tiếp xúc trực tiếp với phần tử gia nhiệt. Tiến hành hoặc phát ra.
3. Áp dụng thiết kế định tuyến hợp lý để đạt được sự tản nhiệt
Do độ dẫn nhiệt của nhựa trong tấm là kém, và các đường và lỗ lá đồng là dây dẫn tốt của nhiệt, cải thiện tốc độ dư đồng đồng và tăng các lỗ dẫn nhiệt là phương tiện chính của tản nhiệt.
Để đánh giá khả năng phân tán nhiệt của PCB, cần phải tính toán độ dẫn nhiệt tương đương (chín eq) của vật liệu composite bao gồm các vật liệu khác nhau với các hệ số dẫn nhiệt khác nhau, chất nền cách điện cho PCB.
4. Đối với các thiết bị sử dụng làm mát không khí đối lưu miễn phí, tốt nhất là sắp xếp các mạch tích hợp (hoặc các thiết bị khác) theo chiều dọc hoặc chiều ngang.
5. Các thiết bị trên cùng một bảng in nên được sắp xếp theo sự tạo nhiệt và tản nhiệt của chúng càng nhiều càng tốt. Các thiết bị có thế hệ nhiệt nhỏ hoặc điện trở nhiệt kém (chẳng hạn như bóng bán dẫn tín hiệu nhỏ, mạch tích hợp quy mô nhỏ, tụ điện điện phân, v.v.) được đặt trong luồng cao nhất của luồng khí làm mát (ở lối vào)
6. Theo hướng ngang, các thiết bị công suất cao phải được đặt càng gần càng tốt với cạnh của bảng in để rút ngắn đường truyền nhiệt; Theo hướng dọc, các thiết bị công suất cao nên được đặt càng gần càng tốt với đỉnh của bảng in để giảm nhiệt độ của các thiết bị này khi hoạt động trên các thiết bị khác.
7. Thiết bị nhạy cảm với nhiệt độ được đặt tốt nhất trong khu vực có nhiệt độ thấp nhất (chẳng hạn như dưới cùng của thiết bị). Không bao giờ đặt nó ngay trên thiết bị tạo nhiệt. Nhiều thiết bị tốt nhất là so le trên mặt phẳng ngang.
8. Sự phân tán nhiệt của bảng in trong thiết bị chủ yếu phụ thuộc vào luồng không khí, do đó, đường dẫn không khí phải được nghiên cứu trong thiết kế, và thiết bị hoặc bảng mạch in nên được cấu hình hợp lý. Khi không khí chảy, nó luôn có xu hướng chảy ở nơi điện trở nhỏ, vì vậy khi định cấu hình các thiết bị trên bảng mạch in, cần phải tránh để lại một không gian lớn ở một khu vực nhất định. Cấu hình của nhiều bảng mạch in trong toàn bộ máy cũng nên chú ý đến cùng một vấn đề.
9 Thường rất khó để đạt được phân phối đồng nhất nghiêm ngặt trong quá trình thiết kế, nhưng cần phải tránh các khu vực có mật độ công suất quá cao để tránh các điểm nóng ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của toàn bộ mạch. Nếu điều kiện cho phép, phân tích hiệu quả nhiệt của các mạch in là cần thiết. Ví dụ, các mô -đun phần mềm phân tích chỉ số hiệu quả nhiệt được thêm vào trong một số phần mềm thiết kế PCB chuyên nghiệp có thể giúp các nhà thiết kế tối ưu hóa thiết kế mạch.