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Blog de PCB - Habilidades de diseño de disipación de calor de la placa de PCB

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Habilidades de diseño de disipación de calor de la placa de PCB

2021-12-31
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Author:pcb

1. importancia del diseño térmico de la placa de PCB la energía eléctrica consumida por equipos electrónicos como amplificadores de potencia de radiofrecuencia, chips FPGAs y productos de energía durante el funcionamiento, además del trabajo útil, se convierte principalmente en calor para la disipación. El calor generado por los dispositivos electrónicos puede provocar un rápido aumento de la temperatura interna. Si el calor no se disipa a tiempo, el Equipo seguirá calentándose, el equipo fallará debido al sobrecalentamiento y la fiabilidad del equipo electrónico se reducirá. El SMT aumenta la densidad de instalación de los equipos electrónicos y reduce el área efectiva de disipación de calor, y el aumento de temperatura de los equipos afecta seriamente la fiabilidad. Por lo tanto, el estudio del diseño térmico es muy importante. La disipación de calor de la placa de circuito impreso es un eslabón muy importante, entonces cuál es la tecnología de disipación de calor de la placa de circuito de la placa de circuito impreso, discutamos juntos. Para los dispositivos electrónicos, se produce un cierto calor durante el funcionamiento, lo que hace que la temperatura interna del dispositivo aumente rápidamente. Si el calor no se disipa a tiempo, el Equipo seguirá calentándose y el equipo fallará debido al sobrecalentamiento. La fiabilidad y el rendimiento de los equipos electrónicos disminuirán. Por lo tanto, es muy importante llevar a cabo un buen tratamiento de disipación de calor de la placa de circuito.

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2. análisis de los factores de aumento de la temperatura de la placa de circuito impreso la razón directa del aumento de la temperatura de la placa de circuito impreso se debe a la existencia de dispositivos de consumo de energía del circuito. Los dispositivos electrónicos tienen diferentes grados de consumo de energía y la intensidad del calentamiento cambia con la magnitud del consumo de energía. dos fenómenos de aumento de la temperatura en la placa de circuito impreso: (1) aumento de la temperatura local o aumento de la temperatura en grandes áreas; (2) aumento de temperatura a corto plazo o aumento de temperatura a largo plazo. Al analizar el tiempo de consumo de energía térmica de la placa de pcb, generalmente se analiza desde los siguientes aspectos. 2.1 consumo de energía eléctrica (1) analiza el consumo de energía por unidad de área; (2) analizar la distribución del consumo de energía en el pcb. 2.2 estructura de la placa impresa (1) tamaño de la placa impresa; (2) material de la placa impresa. 2.3 Cómo instalar la placa impresa (1) método de instalación (como instalación vertical, instalación horizontal); (2) condiciones de sellado y distancia de la carcasa. 2.4 radiación térmica (1) emisividad de la superficie de la placa de circuito impreso; (2) la diferencia de temperatura entre la placa de impresión y la superficie adyacente y su temperatura 2.5 conducción térmica (1) instalación de radiadores; (2) conducción de otras estructuras de montaje. 2.6 convección térmica (1) convección natural; (2) convección de enfriamiento forzado. el análisis de los factores anteriores a partir de la placa de PCB es una forma efectiva de resolver el aumento de temperatura de la placa de impresión. En un producto y sistema, estos factores tienden a estar interrelacionados y dependientes. La mayoría de los factores deben analizarse en función de la situación real. La situación real específica puede calcular o estimar con mayor precisión parámetros como el aumento de la temperatura y el consumo de energía. Algunos métodos de diseño térmico de placas de PCB 1. En la actualidad, a través de la disipación de calor de la propia placa de pcb, la placa de PCB ampliamente utilizada es un sustrato de tela de vidrio recubierto con cobre / epoxidado o un sustrato de tela de vidrio de resina epoxi, y se utiliza una pequeña cantidad de placa de cobre cubierta a base de papel. Aunque estos sustratos tienen excelentes propiedades eléctricas y propiedades de procesamiento, su disipación de calor es pobre. Como método de disipación de calor para elementos de alto calor, es casi imposible esperar que el calor de la resina del propio PCB transmita el calor, sino que emita calor de la superficie del elemento al aire circundante. Sin embargo, a medida que los productos electrónicos han entrado en la era de la miniaturización de los componentes, la instalación de alta densidad y el montaje de alta calefacción, no es suficiente confiar únicamente en la disipación de calor de la superficie de los componentes con una superficie muy pequeña. Al mismo tiempo, debido al gran uso de componentes de montaje de superficie como qfps y bga, el calor generado por los componentes se transmite en gran medida a la placa de pcb. Por lo tanto, la solución de disipación de calor es mejorar la capacidad de disipación de calor de las placas de PCB que entran en contacto directo con los elementos de calefacción y transmitirlas a través de las placas de pcb. Salir o regalar. Los componentes de alta calefacción más los radiadores y las placas térmicas pueden agregar radiadores o tubos de calor a los componentes de calefacción cuando un pequeño número de componentes en la placa de PCB generan una gran cantidad de calor (menos de 3). Cuando la temperatura no se puede bajar, se puede utilizar un disipador de calor con ventilador para aumentar la radiación térmica. Cuando el número de equipos de calefacción es grande (más de 3), se pueden utilizar grandes tapas de disipación de calor (placas), que son radiadores especiales personalizados en función de la posición y altura del equipo de calefacción en el pcb, o grandes radiadores planos. se cortan diferentes posiciones de altura del componente. La tapa de disipación de calor se abrocha en su conjunto en la superficie del elemento y entra en contacto con cada elemento para disipar el calor. Sin embargo, debido a la baja consistencia de los componentes durante el montaje y la soldadura, el efecto de disipación de calor no es bueno. Por lo general, se agrega una almohadilla térmica de cambio de fase térmica suave a la superficie del elemento para mejorar el efecto de disipación de calor. Para los equipos que utilizan refrigeración por aire de convección libre, los circuitos integrados (u otros equipos) están dispuestos verticalmente o horizontalmente. El uso de un diseño de cableado razonable para lograr la disipación de calor debido a la mala conductividad térmica de la resina en la placa, los cables y agujeros de lámina de cobre son buenos conductores térmicos, por lo que aumentar la tasa residual y los agujeros de conducción de calor de la lámina de cobre es el principal medio de disipación de calor. Para evaluar la capacidad de disipación de calor de las placas de pcb, es necesario calcular la conductividad térmica equivalente de los materiales compuestos compuestos por varios materiales con diferentes conductividad térmica, el sustrato aislante de las placas de pcb. El equipo de la misma placa de impresión debe organizarse en la medida de lo posible en función de su valor calórico y grado de disipación de calor. Los equipos con bajo valor calórico o poca resistencia al calor (como pequeños Transistor de señal, pequeños circuitos integrados, condensadores electroliticos, etc.) deben colocarse aguas arriba del flujo de aire de refrigeración (entrada), y los equipos con gran calor o resistencia al calor (como Transistor de potencia, grandes circuitos integrados, etc.) deben colocarse aguas abajo del flujo de gas de refrigeración. En dirección horizontal, los dispositivos de alta potencia se colocan lo más cerca posible del borde de la placa de impresión para acortar la ruta de transferencia de calor; En dirección vertical, los dispositivos de alta potencia se colocan lo más cerca posible de la parte superior de la placa de impresión para reducir la temperatura de otros dispositivos cuando estos dispositivos funcionan. 7. la disipación de calor de la placa de circuito impreso en el equipo depende principalmente del flujo de aire, por lo que la ruta del flujo de aire debe estudiarse en el diseño y el equipo o la placa de circuito impreso deben configurarse razonablemente. Cuando el aire fluye, siempre tiende a fluir en lugares de baja resistencia, por lo que al configurar el equipo en una placa de circuito impreso, evite el uso

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4. reseña 4.1 selección de materiales (1) el aumento de temperatura del alambre de la placa de PCB debido al paso de la corriente eléctrica más la temperatura ambiente especificada no debe exceder los 125 grados centígrados (valores típicos comunes. puede variar según la placa seleccionada). Debido a que los componentes instalados en la placa de impresión también emiten un poco de calor, lo que afecta a la temperatura de trabajo, estos factores deben tenerse en cuenta al seleccionar el material y diseñar la placa de impresión, y la temperatura caliente no debe exceder los 125 grados centígrados. Elija una capa de cobre más gruesa en la medida de lo posible. (2) en casos especiales, se pueden seleccionar bases de aluminio, bases de cerámica y otras placas con baja resistencia térmica. (3) el uso de una estructura de placa multicapa ayuda al diseño térmico de la placa de pcb. 4.2 garantizar la fluidez del canal de disipación de calor (1) aprovechar al máximo la disposición de los componentes, la piel de cobre, la apertura de ventanas y los agujeros de disipación de calor para establecer un canal razonable y eficaz de baja resistencia térmica para Garantizar la salida sin problemas de calor de la placa de pcb. (2) la instalación de algunos agujeros de disipación de calor y agujeros ciegos puede aumentar efectivamente el área de disipación de calor y reducir la resistencia térmica, y aumentar la densidad de potencia de la placa de circuito. Por ejemplo, se establecen agujeros en las almohadillas de los dispositivos lccc. La soldadura se rellena durante la producción del circuito para mejorar la conductividad térmica. El calor generado durante el funcionamiento del circuito se puede transmitir rápidamente a través de agujeros o agujeros ciegos a la capa de disipación de calor metálica o a la almohadilla de cobre en la parte posterior para la disipación de calor. En algunos casos específicos, las placas de circuito con capas de disipación de calor están especialmente diseñadas y utilizadas. Los materiales de disipación de calor suelen ser cobre / molibdeno y otros materiales, como las placas impresas utilizadas en algunas fuentes de alimentación de módulos. (3) el uso de materiales conductores de calor para reducir la resistencia térmica durante el proceso de conducción de calor, el uso de materiales conductores de calor en la superficie de contacto entre el dispositivo de alto consumo de energía y el sustrato para mejorar la eficiencia térmica. (4) este método de proceso puede causar altas temperaturas locales en algunas áreas instaladas a ambos lados del equipo. Para mejorar las condiciones de disipación de calor, se puede mezclar una pequeña cantidad de cobre pequeño en la pasta de soldadura, y después de la soldadura por flujo, habrá un cierto número de puntos de soldadura debajo del dispositivo. Alto Aumenta la brecha entre el dispositivo y la placa de circuito impreso y aumenta la disipación de calor por convección. 4.3 los requisitos de disposición de los componentes (1) realizan análisis térmicos de software de la placa de circuito impreso, diseñan y controlan el aumento de temperatura interna; (2) se puede considerar diseñar e instalar especialmente componentes con alta generación de calor y alta radiación en placas de circuito impreso; (3) la capacidad térmica de la placa se distribuye uniformemente. Tenga cuidado de no concentrarse en los componentes de alta potencia. Si es inevitable, coloque las piezas cortas aguas arriba del flujo de aire y asegúrese de que el aire de enfriamiento suficiente fluya a través de la zona de concentración de consumo de calor; (4) hacer que la ruta de transferencia de calor sea lo más corta posible; (5) hacer que la sección transversal de transferencia de calor sea lo más grande posible; (6) la disposición de los componentes debe tener en cuenta el impacto de la radiación térmica en los componentes circundantes. Las piezas térmicas (incluidos los dispositivos semiconductores) deben mantenerse alejadas de la fuente de calor o aisladas; (7) (medio líquido) mantener el capacitor alejado de la fuente de calor; (8) preste atención a la dirección de la ventilación obligatoria y la ventilación natural; (9) las placas secundarias adicionales y los conductos de aire del equipo tienen la misma dirección de ventilación; (10) mantener una distancia suficiente entre la entrada y el escape en la medida de lo posible; (11) el dispositivo de calefacción debe colocarse por encima del producto en la medida de lo posible y en el canal de flujo de aire cuando las condiciones lo permitan; (12) los componentes con alto calor o alta corriente no deben colocarse en las esquinas y bordes periféricos de la placa impresa. Se debe instalar en el disipador de calor durante el mayor tiempo posible y mantenerse alejado de otros componentes, y garantizar que el canal de disipación de calor esté abierto sin obstáculos; (13) (pequeños periféricos de amplificador de señal) trate de utilizar equipos con poca deriva de temperatura; (14) utilizar el Gabinete metálico o el Gabinete para disipar el calor en la medida de lo posible. 4.4 requisitos de cableado (1) selección de placas (diseño razonable de la estructura de la placa impresa); (2) reglas de cableado; (3) planificar el ancho del canal de acuerdo con la densidad de corriente del equipo; Preste especial atención al cableado de canales en las conexiones; (4) las líneas de alta corriente deben ser lo más superficiales posible; Si no se cumplen los requisitos, se puede considerar el uso de autobuses; (5) minimizar la resistencia térmica de la superficie de contacto. Por lo tanto, se debe ampliar el área de conducción de calor; La superficie de Contacto debe ser plana y lisa, y si es necesario, se puede aplicar grasa de silicona térmica; (6) considerar las medidas de equilibrio de estrés en los puntos de tensión térmica y engrosar las líneas; (7) la piel de cobre de disipación de calor debe utilizar el método de apertura de ventanas de tensión de disipación de calor, y utilizar el flujo de disipación de calor para abrir ventanas adecuadamente; (8) utilizar grandes áreas de lámina de cobre en la superficie si es posible; (9) los agujeros de instalación en el suelo en la placa de impresión utilizan juntas más grandes para aprovechar al máximo los pernos de instalación y la disipación de calor de la lámina de cobre en la superficie de la placa de impresión; (10) colocar el mayor número posible de agujeros metálicos a través, el diámetro del agujero y la superficie del disco deben ser lo más grandes posible, confiando en los agujeros para ayudar a disipar el calor; (11) medios complementarios para la disipación de calor del equipo; (12) es posible que no se utilice el método de añadir radiadores por razones económicas cuando se pueda garantizar una gran superficie de lámina de cobre en la superficie