Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
Leiterplatte Blog
Fähigkeiten zur Wärmeableitung von Leiterplatten
Leiterplatte Blog
Fähigkeiten zur Wärmeableitung von Leiterplatten

Fähigkeiten zur Wärmeableitung von Leiterplatten

2021-12-31
View:283
Author:pcb

1. Die Bedeutung von Leiterplatte thermische Auslegung
The electrical energy consumed by electronic equipment during operation, wie Hochfrequenzleistungsverstärker, FPGA-Chips, und Energieprodukte, zusätzlich zu nützlicher Arbeit, wird meist in Wärme zur Ableitung umgewandelt. Die von den elektronischen Geräten erzeugte Wärme bewirkt, dass die Innentemperatur schnell ansteigt. Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt wird, die Ausrüstung wird sich weiter aufheizen, Das Gerät schlägt aufgrund von Überhitzung fehl, und die Zuverlässigkeit der elektronischen Ausrüstung wird abnehmen. SMT erhöht die Installationsdichte von elektronischen Geräten, reduziert den effektiven Wärmeableitungsbereich, und der Temperaturanstieg der Ausrüstung beeinträchtigt ernsthaft die Zuverlässigkeit. Daher, die Forschung auf dem thermischen Design ist sehr wichtig. Die Wärmeableitung der Leiterplatte ist eine sehr wichtige Verbindung, also was ist die Wärmeableitung Technik der Leiterplatte Leiterplatte, Lass uns gemeinsam darüber reden.. Für elektronische Geräte, während des Betriebs eine bestimmte Menge an Wärme erzeugt wird, so dass die Innentemperatur der Ausrüstung schnell ansteigt. Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt wird, die Ausrüstung wird sich weiter aufheizen, und das Gerät wird aufgrund von Überhitzung ausfallen. Die Zuverlässigkeit der elektronischen Geräte Die Leistung wird sinken. Daher, Es ist sehr wichtig, eine gute Wärmeableitung auf der Leiterplatte durchzuführen.

Leiterplatte

2. Analyse von Leiterplatte temperature rise factors
The direct cause of the temperature rise of the printed board is due to the existence of circuit power consumption devices. Elektronische Geräte haben alle Stromverbrauch in unterschiedlichem Maße, und die Heizintensität variiert mit der Größe des Stromverbrauchs.
Two phenomena of temperature rise in printed boards:
(1) Local temperature rise or large area temperature rise;
(2) Short-term temperature rise or long-term temperature rise. Bei der Analyse des thermischen Stromverbrauchs der Leiterplatte, Es wird im Allgemeinen aus folgenden Aspekten analysiert.
2.1 Electrical power consumption
(1) Analyze the power consumption per unit area;
(2) Analyze the distribution of power consumption on the PCB.
2.2 The structure of the printed board
(1) The size of the printed board;
(2) The material of the printed board.
2.3 How to install the printed board
(1) Installation method (such as vertical installation, horizontal installation);
(2) The sealing condition and the distance from the casing.
2.4 Thermal radiation
(1) The emissivity of the printed board surface;
(2) The temperature difference between the printed board and the adjacent surface and their temperature
2.5 Heat conduction
(1) Install the radiator;
(2) Conduction of other installation structures.
2.6 Thermal convection
(1) Natural convection;
(2) Forced cooling convection.
Die Analyse der oben genannten Faktoren aus dem Leiterplatte ist eine effektive Möglichkeit, den Temperaturanstieg der Leiterplatte zu lösen. Diese Faktoren sind in einem Produkt und System oft miteinander verbunden und voneinander abhängig. Die meisten Faktoren sollten entsprechend der tatsächlichen Situation analysiert werden. Die spezifischen Ist-Bedingungen können genauer berechnet oder geschätzt werden Parameter wie Temperaturanstieg und Stromverbrauch.

3. Einige Methoden der Leiterplatte thermal design
1. Wärmeableitung durch die Leiterplatte itself
At present, die weit verbreitete Leiterplattes sind kupferplattiert/Epoxidglastuchsubstrate oder Phenolharzglastuchsubstrate, und eine kleine Menge von papierbasierten kupferplattierten Platten verwendet werden. Obwohl diese Substrate ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften haben, sie/Sie haben schlechte Wärmeableitung. Als Wärmeableitungsverfahren für hocherhitzende Bauteile, Es ist fast unmöglich zu erwarten, dass Wärme vom Harz der Leiterplatte selbst Wärme leitet, aber um Wärme von der Oberfläche des Bauteils an die Umgebungsluft abzuleiten. Allerdings, als elektronische Produkte in die Ära der Miniaturisierung von Komponenten eingetreten sind, Montage mit hoher Dichte, und Hochheizungsmontage, Es reicht nicht aus, sich auf die Oberfläche eines Bauteils mit einer sehr kleinen Oberfläche zu verlassen, um Wärme abzuleiten. Zur gleichen Zeit, aufgrund des großen Einsatzes von Oberflächenbauteilen wie QFP und BGA, Die von den Bauteilen erzeugte Wärme wird an die Leiterplatte in großer Menge. Daher, Die Lösung zur Wärmeableitung besteht darin, die Wärmeableitungskapazität des Leiterplatte direkt in Kontakt mit dem Heizelement, und führen sie durch die Leiterplatte. Geh raus oder schick raus.
2. High heat-generating components plus radiator and heat conduction plate
When a small number of components in the Leiterplatte generate a large amount of heat (less than 3), Ein Heizkörper oder eine Wärmeleitung kann dem Heizelement hinzugefügt werden. Wenn die Temperatur nicht gesenkt werden kann, Ein Heizkörper mit Ventilator kann zur Verbesserung der Wärmestrahlung verwendet werden. When the number of heating devices is large (more than 3), a large heat dissipation cover (board) can be used, Dies ist ein spezieller Kühlkörper, der entsprechend der Position und Höhe des Heizgeräts auf der Leiterplatte oder eines großen flachen Kühlkörpers angepasst ist.. Die Wärmeableitungsabdeckung ist integral auf der Oberfläche des Elements geknickt, und es ist in Kontakt mit jedem Element, um Wärme abzuleiten. Allerdings, Der Wärmeableitungseffekt ist aufgrund der schlechten Konsistenz der Höhe während der Montage und des Schweißens von Komponenten nicht gut. Normalerweise, Ein weiches thermisches Phasenwechsel-Thermopad wird auf der Oberfläche des Bauteils hinzugefügt, um den Wärmeableitungseffekt zu verbessern.
3. Für Ausrüstung, die freie Konvektionsluftkühlung annimmt, the integrated circuits (or other devices) are arranged vertically or horizontally.
4. Use reasonable wiring design to achieve heat dissipation
Because the resin in the plate has poor thermal conductivity, und die Kupferfolienlinien und Löcher sind gute Wärmeleiter, Erhöhung der Restrate der Kupferfolie und Erhöhung der wärmeleitenden Löcher sind die wichtigsten Mittel der Wärmeableitung. Zur Bewertung der Wärmeableitungskapazität eines Leiterplatte, Es ist notwendig, die äquivalente Wärmeleitfähigkeit eines Verbundmaterials zu berechnen, das aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit besteht – einem isolierenden Substrat für eine Leiterplatte.
5. Die Geräte auf derselben Leiterplatte sollten so weit wie möglich nach ihrem Heizwert und Grad der Wärmeableitung angeordnet sein. Devices with low calorific value or poor heat resistance (such as small signal transistors, kleine integrierte Schaltungen, Elektrolytkondensatoren, etc.) should be placed On the upstream (inlet) of the cooling airflow, devices with large heat or heat resistance (such as power transistors, große integrierte Schaltkreise, etc.) are placed downstream of the cooling airflow.
6. In horizontaler Richtung, Hochleistungsgeräte werden so nah wie möglich an der Kante der Leiterplatte platziert, um den Wärmeübertragungsweg zu verkürzen; in vertikaler Richtung, Hochleistungsgeräte werden so nah wie möglich an der Oberseite der Leiterplatte platziert, um die Temperatur anderer Geräte zu senken, wenn diese Geräte funktionieren. Auswirkungen.
7. Die Wärmeableitung der Leiterplatte in der Ausrüstung beruht hauptsächlich auf Luftstrom, so sollte der Luftstrompfad während des Entwurfs untersucht werden, und das Gerät oder die Leiterplatte sollte angemessen konfiguriert sein. Wenn Luft strömt, Es neigt immer dazu, an Stellen mit geringem Widerstand zu fließen, also bei der Konfiguration von Geräten auf einer Leiterplatte, Vermeiden Sie das Verlassen eines großen Luftraums in einem bestimmten Gebiet. Die Konfiguration mehrerer Leiterplatten in der gesamten Maschine sollte auch auf das gleiche Problem achten.
8. The temperature-sensitive device is placed in a temperature area (such as the bottom of the device). Stellen Sie es niemals direkt über das Heizgerät. Mehrere Geräte sind in einer versetzten horizontalen Ebene angeordnet.
9. Anordnung von Leistungsableitungs- und Wärmeerzeugungskomponenten in der Nähe des Wärmeableitungsplatzes. Stellen Sie keine Hochheizgeräte an den Ecken und Randkanten der Leiterplatte, es sei denn, ein Kühlkörper ist in der Nähe angeordnet. Bei der Auslegung des Leistungswiderstands, Wählen Sie so viel wie möglich ein größeres Gerät, und machen Sie es haben genug Platz für Wärmeableitung, wenn Sie das Layout der Leiterplatte anpassen.
10. Der HF-Leistungsverstärker oder LED Leiterplatte nimmt ein metallisches Basissubstrat an.
11. Vermeiden Sie die Konzentration von Hot Spots auf der Leiterplatte, Verteilen Sie die Leistung gleichmäßig auf die Leiterplatte so viel wie möglich, und halten Sie die Oberflächentemperaturleistung des Leiterplatte einheitlich und einheitlich. Es ist oft schwierig, eine strenge gleichmäßige Verteilung während des Entwurfsprozesses zu erreichen, Bereiche mit zu hoher Leistungsdichte müssen vermieden werden, um zu verhindern, dass Hot Spots den normalen Betrieb des gesamten Stromkreises beeinträchtigen. Wenn möglich, Es ist notwendig, die thermische Leistung von gedruckten Schaltungen zu analysieren. Zum Beispiel, das Softwaremodul zur Analyse des thermischen Leistungsindex in einigen Leiterplatte Design-Software kann Designern helfen, das Schaltungsdesign zu optimieren.

Leiterplatte

4. Summary
4.1 Material selection
(1) The temperature rise of the wires of the Leiterplatte due to the passing current plus the specified ambient temperature should not exceed 125 degree Celsius (commonly used typical value. It may be different depending on the selected board). Da die auf der Leiterplatte verbauten Bauteile auch etwas Wärme abgeben, die die Betriebstemperatur beeinflusst, Diese Faktoren sollten bei der Materialauswahl und beim Design der Leiterplatte berücksichtigt werden, und die Hot-Spot-Temperatur sollte 125 Grad Celsius nicht überschreiten. Wählen Sie dickeres Kupfer so viel wie möglich plattiert.
(2) In special cases, auf Aluminiumbasis, auf keramischer Basis, und andere Platten mit niedrigem Wärmewiderstand können ausgewählt werden.
(3) Adopting multilayer board structure is helpful for Leiterplatte thermal design.
4.2 Ensure that the heat dissipation channel is unblocked
(1) Make full use of the components arrangement, Kupferhaut, Fensteröffnung und Wärmeableitungslöcher, um einen vernünftigen und effektiven Kanal mit niedrigem Wärmewiderstand zu etablieren, um sicherzustellen, dass die Wärme reibungslos aus dem Leiterplatte.
(2) The setting of heat dissipation through holes Design some heat dissipation through holes and blind holes, die den Wärmeableitungsbereich effektiv erhöhen und den thermischen Widerstand verringern kann, und erhöhen Sie die Leistungsdichte der Leiterplatte. Zum Beispiel, Einrichtung über Löcher an den Pads von LCCC-Geräten. Löt füllt es im Kreislaufproduktionsprozess, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Die während des Schaltungsbetriebs erzeugte Wärme kann schnell auf die Metallwärmeableitungsschicht oder das Kupferpad auf der Rückseite durch die Durchgangslöcher oder Sacklöcher übertragen werden, die abgeführt werden sollen. In einigen spezifischen Fällen, Eine Leiterplatte mit einer Wärmeableitungsschicht ist speziell entworfen und verwendet. Das Wärmeableitungsmaterial ist im Allgemeinen Kupfer/Molybdän und andere Stoffe, z. B. Leiterplatten, die an einigen Modulnetzteilen verwendet werden.
(3) The use of thermally conductive materials In order to reduce the thermal resistance in the thermal conduction process, Wärmeleitfähige Materialien werden auf der Kontaktfläche zwischen der Vorrichtung mit hohem Stromverbrauch und dem Substrat verwendet, um die Wärmeleitungseffizienz zu verbessern.
(4) The process method is likely to cause local hoch temperature in some areas where the device is mounted on both sides. Zur Verbesserung der Wärmeableitungsbedingungen, Eine kleine Menge an kleinem Kupfer kann in die Lotpaste gemischt werden, und es wird eine bestimmte Menge von Lötstellen unter dem Gerät nach dem Durchflusslöten geben. high. Der Abstand zwischen dem Gerät und der Leiterplatte wird vergrößert, und die Konvektionswärmeableitung wird erhöht.
4.3 Arrangement requirements of components
(1) Perform software thermal analysis on the Leiterplatte, and design and control the internal temperature rise;
(2) It can be considered to specially design and install components with high heat generation and large radiation on a printed circuit board;
(3) The heat capacity of the board is evenly distributed. Achten Sie darauf, Hochleistungskomponenten nicht konzentriert zu platzieren. Wenn es unvermeidlich ist, place short components upstream of the airflow and ensure that sufficient cooling air flows through the heat-consumption concentrated area;
(4) Make the heat transfer path as short as possible;
(5) Make the heat transfer cross section as large as possible;
(6) The layout of components should take into account the influence of heat radiation on surrounding parts. Heat sensitive parts and components (including semiconductor devices) should be kept away from heat sources or isolated;
(7) (Liquid medium) Keep the capacitor away from the heat source;
(8) Pay attention to the direction of forced ventilation and natural ventilation;
(9) The additional sub-boards and device air ducts are in the same direction as the ventilation;
(10) As far as possible, make the intake and exhaust have a sufficient distance;
(11) The heating device should be placed above the product as much as possible, and should be placed in the air flow channel when conditions permit;
(12) Components with high heat or high current should not be placed on the corners and peripheral edges of the printed board. Sie sollten so lange wie möglich auf dem Heizkörper installiert werden, und von anderen Komponenten ferngehalten, and ensure that the heat dissipation channel is unobstructed;
(13) (Small signal amplifier peripheral devices) Try to use devices with small temperature drift;
(14) Use metal chassis or chassis to dissipate heat as much as possible.4.4 Requirements for wiring
(1) Board selection (reasonable design of printed board structure);
(2) Wiring rules;
(3) Plan the channel width according to the current density of the device; pay special attention to the channel wiring at the junction;
(4) The high-current lines should be as surface as possible; if the requirements cannot be met, the use of bus bars can be considered;
(5) To minimize the thermal resistance of the contact surface. Aus diesem Grund, die Wärmeleitungsfläche sollte vergrößert werden; Die Kontaktfläche sollte flach und glatt sein, and thermally conductive silicone grease can be coated if necessary;
(6) Consider stress balance measures for thermal stress points and thicken the lines;
(7) The heat-dissipating copper skin needs to adopt the window method of heat dissipation stress, and use the heat-dissipating solder mask to open the window properly;
(8) If possible, use large-area copper foil on the surface;
(9) Use larger pads for the ground mounting holes on the printed board to make full use of the mounting bolts and the copper foil on the surface of the printed board for heat dissipation;
(10) Place as many metalized vias as possible, und die Öffnung und die Scheibenoberfläche sollten so groß wie möglich sein, relying on vias to help heat dissipation;
(11) Supplementary means for device heat dissipation;
(12) In the case that the large-area copper foil on the surface can be guaranteed, the method of adding a heat sink may not be used for economic considerations;
(13) Calculate the appropriate heat dissipation copper area of the Leiterplatte Oberfläche entsprechend dem Stromverbrauch des Geräts, the ambient temperature and the allowable junction temperature (guarantee principle tj≤(0.5~0.8)tjmax).