Thông tin PCB - Kỹ năng thiết kế phân tán nhiệt bảng PCB

1. Tầm quan trọng của thiết kế nhiệt bảng PCB Năng lượng điện tiêu thụ bởi thiết bị điện tử trong quá trình hoạt động, chẳng hạn như bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến, chip FPGA và các sản phẩm điện, ngoài công việc hữu ích, hầu hết được chuyển đổi thành nhiệt để tiêu tan. Nhiệt được tạo ra bởi thiết bị điện tử khiến nhiệt độ bên trong tăng nhanh chóng. Nếu nhiệt không bị tiêu tan kịp thời, thiết bị sẽ tiếp tục nóng lên, thiết bị sẽ thất bại do quá nóng và độ tin cậy của thiết bị điện tử sẽ giảm. SMT làm tăng mật độ lắp đặt của thiết bị điện tử, làm giảm khu vực tiêu tan nhiệt hiệu quả và sự gia tăng nhiệt độ của thiết bị ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy. Do đó, nghiên cứu về thiết kế nhiệt là rất quan trọng. Sự tiêu tan nhiệt của bảng PCB là một liên kết rất quan trọng, vì vậy kỹ thuật tiêu tan nhiệt của bảng mạch PCB là gì, hãy thảo luận với nhau. Đối với thiết bị điện tử, một lượng nhiệt nhất định được tạo ra trong khi hoạt động, do đó nhiệt độ bên trong của thiết bị tăng nhanh chóng. Nếu nhiệt không bị tiêu tan kịp thời, thiết bị sẽ tiếp tục nóng lên và thiết bị sẽ thất bại do quá nóng. Độ tin cậy của thiết bị điện tử Hiệu suất sẽ giảm. Do đó, điều rất quan trọng là tiến hành điều trị tiêu tan nhiệt tốt trên bảng mạch.

2. Phân tích các yếu tố tăng nhiệt độ của bảng PCBNguyên nhân trực tiếp của sự gia tăng nhiệt độ của bảng in là do sự tồn tại của các thiết bị tiêu thụ điện mạch. Tất cả các thiết bị điện tử đều tiêu thụ năng lượng ở mức độ khác nhau, và cường độ sưởi ấm khác nhau theo kích thước tiêu thụ năng lượng. Hai hiện tượng tăng nhiệt độ trong bảng in: ((1) tăng nhiệt độ địa phương hoặc tăng nhiệt độ khu vực lớn; (2) Tăng nhiệt độ ngắn hạn hoặc tăng nhiệt độ dài hạn. Khi phân tích tiêu thụ năng lượng nhiệt của bảng PCB, nó thường được phân tích từ các khía cạnh sau.2.1 Tiêu thụ năng lượng điện ((1) Phân tích tiêu thụ năng lượng cho mỗi đơn vị diện tích; (2) Phân tích phân phối năng lượng tiêu thụ trên PCB.2.2 Cấu trúc của bảng in (1) Kích thước của bảng in; (2) Vật liệu của bảng in.2.3 Cách cài đặt bảng in (1) Phương pháp cài đặt (chẳng hạn như cài đặt dọc, cài đặt ngang); (2) Điều kiện niêm phong và khoảng cách từ vỏ.2.4 Bức xạ nhiệt (1) Độ phát xạ của bề mặt bảng in; (2) Sự khác biệt nhiệt độ giữa bảng in và bề mặt liền kề và nhiệt độ của chúng (2.5) Tính dẫn nhiệt (1) Lắp đặt bộ tản nhiệt; (2) Điều khiển các cấu trúc lắp đặt khác.2.6 Đối lưu nhiệt (1) Đối lưu tự nhiên; (2) Buộc làm mát đối lưu. Phân tích các yếu tố trên từ bảng 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 nhau trong một sản phẩm và hệ thống. Hầu hết các yếu tố nên được phân tích theo tình hình thực tế. Các điều kiện thực tế cụ thể có thể được tính toán chính xác hơn hoặc ước tính các thông số như tăng nhiệt độ và tiêu thụ năng lượng. Một số phương pháp thiết kế nhiệt bảng PCB1. Sự tiêu tan nhiệt thông qua bản thân bảng PCBHiện tại, các bảng PCB được sử dụng rộng rãi là nền vải kính đồng / epoxy hoặc nền vải kính nhựa phenolic, và một lượng nhỏ các bảng đồng dựa trên giấy được sử dụng. Mặc dù các chất nền này có đặc tính điện và đặc tính xử lý tuyệt vời, chúng có sự tiêu tan nhiệt kém. Là một phương pháp tiêu tan nhiệt cho các thành phần sưởi ấm cao, gần như không thể mong đợi nhiệt từ nhựa của PCB để dẫn nhiệt, nhưng để tiêu tan nhiệt từ bề mặt của thành phần đến không khí xung quanh. Tuy nhiên, khi các sản phẩm điện tử đã bước vào kỷ nguyên thu nhỏ hóa các thành phần, lắp đặt mật độ cao và lắp ráp sưởi ấm cao, không đủ để dựa vào bề mặt của một thành phần có diện tích bề mặt rất nhỏ để tiêu tan nhiệt. Đồng thời, do việc sử dụng nhiều các thành phần gắn bề mặt như QFP và BGA, nhiệt tạo ra bởi các thành phần được chuyển đến bảng PCB với một lượng lớn. Do đó, giải pháp để tiêu tan nhiệt là cải thiện khả năng tiêu tan nhiệt của bảng PCB trực tiếp tiếp xúc với phần tử sưởi ấm và tiến hành nó thông qua bảng PCB. Ra ngoài hoặc gửi đi.2. Các thành phần tạo nhiệt cao cộng với radiator và tấm dẫn nhiệtKhi một số ít thành phần trong bảng PCB tạo ra một lượng nhiệt lớn (dưới 3), một radiator hoặc ống nhiệt có thể được thêm vào thành phần sưởi ấm. Khi nhiệt độ không thể hạ xuống, một bộ tản nhiệt với quạt có thể được sử dụng để tăng bức xạ nhiệt. Khi số lượng thiết bị sưởi ấm lớn (hơn 3), có thể sử dụng một bìa (bảng) tiêu tan nhiệt lớn, đó là một bộ tản nhiệt đặc biệt tùy chỉnh theo vị trí và chiều cao của thiết bị sưởi ấm trên PCB hoặc một bộ tản nhiệt phẳng lớn Cắt ra các vị trí chiều cao thành phần khác nhau. Vỏ tiêu tan nhiệt được khóa hoàn toàn trên bề mặt của yếu tố, và nó tiếp xúc với mỗi yếu tố để tiêu tan nhiệt. Tuy nhiên, hiệu ứng tiêu tan nhiệt không tốt do sự nhất quán kém của chiều cao trong quá trình lắp ráp và hàn các thành phần. Thông thường, một pad nhiệt thay đổi pha nhiệt mềm được thêm vào bề mặt của thành phần để cải thiện hiệu ứng tiêu tan nhiệt.3. Đối với thiết bị sử dụng làm mát bằng không khí đối lưu tự do, các mạch tích hợp (hoặc các thiết bị khác) được sắp xếp theo chiều dọc hoặc ngang.4. Sử dụng thiết kế dây điện hợp lý để đạt được sự tiêu tan nhiệtBởi vì nhựa trong tấm có khả năng dẫn nhiệt kém, và các đường dây và lỗ của lá đồng là chất dẫn nhiệt tốt, làm tăng tỷ lệ còn lại của lá đồng và làm tăng lỗ dẫn nhiệt là phương tiện chính của sự tiêu tan nhiệt. Để đánh giá khả năng tiêu tan nhiệt của một tấm PCB, cần tính năng dẫn nhiệt tương đương của một vật liệu tổng hợp bao gồm các vật liệu khác nhau với độ dẫn nhiệt khác nhau - một nền cách nhiệt cho một tấm PCB.5. Các thiết bị trên cùng một tấm in nên được sắp xếp càng xa càng tốt theo giá trị nhiệt và mức độ tiêu tan nhiệt của chúng. Các thiết bị có giá trị nhiệt thấp hoặc kháng nhiệt kém (chẳng hạn như transistor tín hiệu nhỏ, mạch tích hợp quy mô nhỏ, tụ điện phân, v.v.) nên được đặt Trên lưu lượng không khí làm mát, các thiết bị có kháng nhiệt hoặc nhiệt lớn (chẳng hạn như transistor công suất, mạch tích hợp quy mô lớn, v.v.) được đặt xuống lưu lượng không khí làm mát.6. Ở hướng ngang, các thiết bị công suất cao được đặt càng gần cạnh của bảng in càng tốt để rút ngắn đường dẫn truyền nhiệt; theo hướng dọc, các thiết bị công suất cao được đặt càng gần càng tốt với phần trên của bảng in để giảm nhiệt độ của các thiết bị khác khi các thiết bị này hoạt động. Sự tiêu tan nhiệt của bảng in trong thiết bị chủ yếu phụ thuộc vào dòng chảy không khí, vì vậy con đường dòng chảy không khí nên được nghiên cứu trong quá trình 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 những nơi có kháng thấp, vì vậy khi cấu hình thiết bị trên bảng mạch in, tránh rời khỏi không gian lớn trong 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.8. Thiết bị nhạy cảm nhiệt độ được đặt trong một khu vực nhiệt độ (chẳng hạn như dưới cùng của thiết bị). Không bao giờ đặt nó trực tiếp trên thiết bị sưởi ấm. Nhiều thiết bị được sắp xếp trong một phẳng ngang.9. Sắp xếp năng lượng tiêu tan và các thành phần tạo nhiệt gần vị trí tiêu tan nhiệt. Không đặt các thiết bị sưởi ấm cao trên các góc và cạnh ngoại vi của bảng in, trừ khi có một bộ tản nhiệt được sắp xếp gần nó. Khi thiết kế điện trở, chọn một thiết bị lớn hơn càng nhiều càng tốt và làm cho nó có đủ không gian để tiêu tan nhiệt khi điều chỉnh bố trí của bảng in.10. Bộ khuếch đại công suất RF hoặc bảng PCB LED áp dụng một chất nền cơ sở kim loại.11. Tránh sự tập trung của các điểm nóng trên bảng PCB, phân phối năng lượng đồng đều trên bảng PCB càng nhiều càng tốt và giữ cho hiệu suất nhiệt độ bề mặt của bảng PCB đồng nhất và nhất quán. Thường rất khó để đạt được sự phân phối đồng nhất nghiêm ngặt trong quá trình thiết kế, nhưng các khu vực có mật độ công suất quá cao phải tránh để ngăn chặn các điểm nóng ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của toàn bộ mạch. Nếu có thể, cần phân tích hiệu suất nhiệt của các mạch in. Ví dụ, mô-đun phần mềm phân tích chỉ số hiệu suất nhiệt được thêm vào một số phần mềm thiết kế bảng PCB có thể giúp các nhà thiết kế tối ưu hóa thiết kế mạch.

4. Tóm tắt 4.1 Chọn vật liệu (1) Sự gia tăng nhiệt độ của dây của bảng PCB do dòng chảy qua cộng với nhiệt độ xung quanh được chỉ định không nên vượt quá 125 độ C (giá trị điển hình thường được sử dụng. Nó có thể khác nhau tùy thuộc vào bảng được chọn). Vì các thành phần được lắp đặt trên bảng in cũng phát ra một số nhiệt, ảnh hưởng đến nhiệt độ hoạt động, các yếu tố này nên được xem xét khi lựa chọn vật liệu và thiết kế của bảng in, và nhiệt độ điểm nóng không nên vượt quá 125 độ C. Chọn đồng dày hơn bao phủ càng nhiều càng tốt. (2) Trong các trường hợp đặc biệt, dựa trên nhôm, dựa trên gốm và các tấm khác có khả năng chống nhiệt thấp có thể được chọn. (3) Áp dụng cấu trúc bảng đa lớp là hữu ích cho thiết kế nhiệt bảng PCB.4.2 Đảm bảo rằng kênh tiêu tan nhiệt được mở chặn (1) Sử dụng đầy đủ sự sắp xếp các thành phần, da đồng, mở cửa sổ và lỗ tiêu tan nhiệt để thiết lập một kênh kháng nhiệt thấp hợp lý và hiệu quả để đảm bảo rằng nhiệt được xuất khẩu trơn tru từ bảng PCB. (2) Thiết lập phân tán nhiệt thông qua lỗ Thiết kế một số phân tán nhiệt thông qua lỗ và lỗ mù, có thể tăng hiệu quả khu vực phân tán nhiệt và giảm kháng nhiệt và tăng mật độ công suất của bảng mạch. Ví dụ, thiết lập thông qua lỗ trên miếng đệm của các thiết bị LCCC. Hàn lấp đầy nó trong quá trình sản xuất mạch để cải thiện độ dẫn nhiệt. Nhiệt được tạo ra trong quá trình hoạt động mạch có thể nhanh chóng được chuyển sang lớp tiêu tan nhiệt kim loại hoặc miếng đồng ở phía sau thông qua các lỗ thông qua hoặc lỗ mù để tiêu tan. Trong một số trường hợp cụ thể, một tấm mạch có lớp tiêu tan nhiệt được thiết kế và sử dụng đặc biệt. Vật liệu tiêu tan nhiệt thường là đồng / molybdenum và các vật liệu khác, chẳng hạn như các tấm in được sử dụng trên một số nguồn cung cấp điện mô-đun. (3) Sử dụng vật liệu dẫn nhiệt Để giảm kháng nhiệt trong quá trình dẫn nhiệt, vật liệu dẫn nhiệt được sử dụng trên bề mặt tiếp xúc giữa thiết bị tiêu thụ năng lượng cao và chất nền để cải thiện hiệu quả dẫn nhiệt. (4) Phương pháp quy trình có khả năng gây nhiệt độ cao địa phương ở một số khu vực nơi thiết bị được gắn trên cả hai bên. Để cải thiện điều kiện tiêu tan nhiệt, một lượng nhỏ đồng nhỏ có thể được trộn vào bột hàn, và sẽ có một lượng khớp hàn nhất định dưới thiết bị sau khi hàn dòng chảy. cao. Khoảng cách giữa thiết bị và bảng in được tăng, và sự tiêu tan nhiệt đối lưu được tăng.4.3 Yêu cầu sắp xếp các thành phần ((1) Thực hiện phân tích nhiệt phần mềm trên bảng PCB, và thiết kế và kiểm soát sự gia tăng nhiệt độ bên trong; (2) Nó có thể được xem xét để thiết kế đặc biệt và lắp đặt các thành phần với sản xuất nhiệt cao và bức xạ lớn trên bảng mạch in; (3) Công suất nhiệt của bảng được phân phối bình đẳng. Hãy cẩn thận không đặt các thành phần công suất cao theo cách tập trung. Nếu không thể tránh khỏi, đặt các thành phần ngắn trên lưu lượng không khí và đảm bảo rằng không khí làm mát đủ chảy qua khu vực tập trung tiêu thụ nhiệt; (4) Làm cho con đường truyền nhiệt ngắn nhất có thể; (5) Làm cho phần chéo truyền nhiệt lớn nhất có thể; (6) Việc bố trí các thành phần nên tính đến ảnh hưởng của bức xạ nhiệt đối với các bộ phận xung quanh. Các bộ phận và thành phần nhạy cảm với nhiệt (bao gồm các thiết bị bán dẫn) nên được giữ xa các nguồn nhiệt hoặc cô lập; (7) (Môi trường lỏng) Giữ tụ tránh xa nguồn nhiệt; (8) Chú ý đến hướng thông gió ép buộc và thông gió tự nhiên; (9) Các bảng phụ bổ sung và các ống không khí thiết bị ở cùng một hướng như thông gió; (10) càng nhiều càng tốt, làm cho ống hút và khí thải có khoảng cách đủ; (11) Thiết bị sưởi ấm nên được đặt trên sản phẩm càng nhiều càng tốt và nên được đặt trong kênh dòng không khí khi điều kiện cho phép; (12) Các thành phần có nhiệt độ cao hoặc dòng điện cao không nên được đặt trên các góc và cạnh ngoại vi của bảng in. Chúng nên được lắp đặt trên bộ tản nhiệt càng lâu càng tốt, và giữ xa các thành phần khác, và đảm bảo rằng kênh tiêu tan nhiệt không bị cản trở; (13) (Thiết bị ngoại vi khuếch đại tín hiệu nhỏ) Cố gắng sử dụng các thiết bị có độ trôi nhiệt độ nhỏ; (14) Sử dụng khung gầm kim loại hoặc khung gầm để tiêu tan nhiệt càng nhiều càng tốt.4.4 Yêu cầu về dây (1) Lựa chọn bảng (thiết kế hợp lý của cấu trúc bảng in); (2) Quy tắc dây; (3) Kế hoạch chiều rộng kênh theo mật độ hiện tại của thiết bị; chú ý đặc biệt đến dây chuyền kênh tại giao điểm; (4) Các đường dòng dòng cao nên có bề mặt càng tốt; Nếu không thể đáp ứng các yêu cầu, có thể xem xét việc sử dụng thanh xe buýt; (5) Để giảm thiểu khả năng chống nhiệt của bề mặt tiếp xúc. Vì lý do này, khu vực dẫn nhiệt nên được mở rộng; bề mặt tiếp xúc nên phẳng và mịn, và mỡ silicone dẫn nhiệt có thể được phủ nếu cần thiết; (6) Xem xét các biện pháp cân bằng căng thẳng cho các điểm căng thẳng nhiệt và làm dày các đường; (7) Da đồng tiêu tan nhiệt cần áp dụng phương pháp cửa sổ của căng thẳng tiêu tan nhiệt, và sử dụng mặt nạ hàn tiêu tan nhiệt để mở cửa sổ đúng cách; (8) Nếu có thể, sử dụng lá đồng diện tích lớn trên bề mặt; (9) Sử dụng miếng đệm lớn hơn cho lỗ gắn mặt đất trên bảng in để sử dụng đầy đủ các bu lông gắn và lá đồng trên bề mặt của bảng in để tiêu tan nhiệt; (10) Đặt càng nhiều vias kim loại càng tốt, và khẩu độ và bề mặt đĩa nên lớn càng tốt, dựa vào vias để giúp tiêu tan nhiệt; (11) Các phương tiện bổ sung cho việc tiêu tan nhiệt thiết bị; (12) Trong trường hợp lá đồng diện tích lớn trên bề mặt có thể được đảm bảo, phương pháp bổ sung một bộ tản nhiệt không thể được sử dụng cho các cân nhắc kinh tế; (13) Tính toán diện tích đồng tiêu tan nhiệt thích hợp của bề mặt bảng PCB theo mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ nối được phép (nguyên tắc đảm bảo tjâ ¢ (0,5ï½ ¢ 0,8) tjmax).