Στο σχεδιασμό PCB, τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα παράγουν θερμότητα όταν το ρεύμα διέρχεται από αυτά, γεγονός που εξαρτάται από παράγοντες όπως η ισχύς, τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού εξοπλισμού και ο σχεδιασμός κυκλωμάτων. Παρόλο που ορισμένα κυκλώματα μπορούν να λειτουργούν χωρίς πρόσθετη ψύξη, σε ορισμένες καταστάσεις, μπορεί να απαιτείται συνδυασμός θερμότητας, ανεμιστήρων ψύξης ή πολλαπλών μηχανισμών.
Κατά το σχεδιασμό ενός πίνακα κυκλωμάτων, πρέπει να ληφθούν υπόψη τα ακόλουθα ζητήματα:
1. Τα δεδομένα απόδοσης και το μέγεθος των εξαρτημάτων: Κατά το σχεδιασμό μιας πλακέτας κυκλώματος, είναι απαραίτητο να εξεταστούν τα δεδομένα απόδοσης και το μέγεθος των εξαρτημάτων προκειμένου να διαχειριστεί καλύτερα τη θερμότητα.
2. Κύρια εξαρτήματα διάχυσης θερμότητας: Κατανόηση των εξαρτημάτων που παράγουν περισσότερη θερμότητα και καθορίζοντας τον βέλτιστο μηχανισμό διάχυσης θερμότητας μπορεί συνήθως να ληφθεί μέσω του φύλλου δεδομένων του κατασκευαστή.
3. Μέγεθος PCB: Το μέγεθος του PCB επηρεάζει άμεσα την απόδοση της διάχυσης της θερμότητας και πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά.
4. Τα συστατικά του PCB, η διάταξη και η τοποθέτηση: τα υλικά, η διάταξη και η τοποθέτηση των εξαρτημάτων PCB έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση της διάχυσης θερμότητας.
5. Τοποθέτηση περιφερειακών συσκευών: Η λογική οργάνωση της θέσης των περιφερειακών συσκευών μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση του συνολικού αποτελέσματος διάχυσης θερμότητας.
6. Θερμοκρασία περιβάλλοντος εφαρμογής: Εξετάστε τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος εφαρμογής για να διασφαλίσετε ότι η πλακέτα κυκλώματος μπορεί να λειτουργήσει σωστά υπό διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες.
7. Χωρίς διάχυση: Προσδιορίστε τη συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας που πρέπει να διαλυθεί η πλακέτα κυκλώματος.
8. Κατάλληλη μέθοδο ψύξης: Επιλέξτε την κατάλληλη μέθοδο ψύξης σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες, όπως οι ανεμιστήρες ψύξης, οι ψύκτες θερμότητας κ.λπ.
Η καλύτερη προσέγγιση είναι η βελτιστοποίηση της θερμοκρασίας στο επίπεδο των εξαρτημάτων με βάση το περιβάλλον λειτουργίας.
Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τον προσδιορισμό του μηχανισμού ψύξης:
Οι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη περιλαμβάνουν τα χαρακτηριστικά απόδοσης των ημιαγωγών και τη διάχυση θερμότητας, τα οποία συνήθως περιλαμβάνονται στα φύλλα δεδομένων του κατασκευαστή ή στις τεχνικές προδιαγραφές.
Για τα PCBs, η φυσική ψύξη μεταφοράς είναι κατάλληλη για καταστάσεις με χαμηλή διάχυση θερμότητας, ενώ τα PCB που απαιτούν μεγάλη ποσότητα διασποράς θερμότητας απαιτούν τη χρήση ψεριών, σωλήνες θερμότητας, ανεμιστήρες, πυκνό φύλλο χαλκού ή συνδυασμό πολλαπλών τεχνολογιών ψύξης.
Πώς να εντοπίσετε θερμικά προβλήματα με τα PCB;
Οι σχεδιαστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν διάφορες τεχνικές για τον εντοπισμό πιθανών ζητημάτων, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης εργαλείων θερμικής ανάλυσης, οπτικής επιθεώρησης και υπερύθρων κάμερας.
Οπτική επιθεώρηση:
Η οπτική επιθεώρηση είναι μια βολική μέθοδος για την αναζήτηση σημείων υπερθέρμανσης, καύσης ή μερικής ζημιάς σε εξαρτήματα, ξηρά επαφές, τόξα κλπ. Ορατά σημάδια περιλαμβάνουν διογκωμένα εξαρτήματα, καμένα εξαρτήματα και αποχρωματισμένες περιοχές στην πλακέτα κυκλώματος. Εκτός από την οπτική ανάλυση, η μυρωδιά των καυσίμων κυκλωμάτων μπορεί επίσης να υποδηλώνει την παρουσία προβλημάτων θέρμανσης.
Θερμική ανάλυση:
Με τη διεξαγωγή θερμικής ανάλυσης, μπορούμε να κατανοήσουμε την απόδοση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και των κυκλωμάτων υπό διαφορετικές θερμοκρασίες και συνθήκες. Αυτή η ανάλυση βοηθά τους σχεδιαστές να κατανοήσουν τον τρόπο με τον οποίο παράγεται και μεταφέρεται η θερμότητα σε κυκλώματα. Οι σχεδιαστές μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν τα αποτελέσματα αυτών των αναλύσεων και προσομοιώσεων για να βελτιώσουν τις τεχνικές και να σχεδιάσουν καλύτερες μεθόδους για τον έλεγχο και τη διαχείριση της θερμότητας.
Χρησιμοποιώντας ένα υπέρυθρο θερμικό imager:
Οι υπερυψωμένοι θερμικοί απεικονιστές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση της κατανομής θερμοκρασίας των κυκλωμάτων κατά τη διάρκεια της λειτουργίας και τον εντοπισμό συνθηκών υπερθέρμανσης που δεν είναι ορατές με γυμνό μάτι. Εκτός από την εμφάνιση υπερθέρμανσης περιοχών, οι υπέρυθρες θερμικές απεικονιστές μπορούν μερικές φορές να εντοπίσουν πλαστά ή ελαττωματικά εξαρτήματα με διαφορετικά θερμικά χαρακτηριστικά από τα αρχικά εξαρτήματα.
Πώς να διαλυθεί η θερμότητα από την πλακέτα κυκλώματος;
Οι συνήθεις μέθοδοι περιλαμβάνουν ψύκτες θερμότητας, ανεμιστήρες ψύξης, σωλήνες θερμότητας και πυκνά στρώματα χαλκού. Συνήθως, τα κυκλώματα που παράγουν περισσότερη θερμότητα απαιτούν συνδυασμό πολλαπλών τεχνολογιών. Για παράδειγμα, η ψύξη του επεξεργαστή και του τσιπ οθόνης ενός φορητού υπολογιστή απαιτεί τυπικά ένα συνδυασμό ψεριών, σωλήνων θερμότητας και ανεμιστήρων.
Ψύξη πτερύγια και ανεμιστήρες ψύξης
Ένας ψύκτης θερμότητας είναι ένα θερμικά αγώγιμο μεταλλικό συστατικό με μεγάλη επιφάνεια, συνήθως εγκατεστημένη σε εξαρτήματα όπως τρανζίστορ ισχύος και συσκευές μεταγωγής. Η θερμότητα μεταφέρει θερμότητα από το στοιχείο στη γύρω περιοχή. Η προσθήκη ενός ανεμιστήρα ψύξης βοηθά στη διάλυση της θερμότητας γρηγορότερα, ειδικά για προμήθειες τροφοδοσίας υψηλού ρεύματος.
θερμαινόμενος σωλήνας
Οι σωλήνες θερμότητας είναι κατάλληλοι για συμπαγή εγκατάσταση σε περιορισμένους χώρους. Αυτοί οι σωλήνες παρέχουν αξιόπιστη και οικονομικά αποδοτική παθητική μεταφορά θερμότητας. Τα πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν τη λειτουργία χωρίς κραδασμούς, την καλή θερμική αγωγιμότητα, το χαμηλό κόστος συντήρησης και τα κινούμενα μέρη, με αποτέλεσμα την ήσυχη λειτουργία. Ένας τυπικός σωλήνας θερμότητας περιέχει μικρές ποσότητες αζώτου, νερού, ακετόνης ή αμμωνίας. Αυτά τα υγρά βοηθούν στην απορρόφηση της θερμότητας και στη συνέχεια απελευθερώνουν ατμό που διαδίδεται κατά μήκος του αγωγού. Υπάρχει ένας συμπυκνωτής στον αγωγό, ο οποίος συμπυκνώνεται πίσω σε υγρή μορφή όταν περνάει ο ατμός και ο κύκλος αρχίζει και πάλι.
Ζεστό διάταγμα με οπές
Μια άλλη μέθοδος είναι να συνδέσετε την πηγή θερμότητας με τη ψύξη θερμότητας μέσω μιας ειδικά σχεδιασμένης δομής, την οποία ονομάζουμε θερμικό μανίκι. Αυτά τα θερμικά μανίκια περιέχουν μια σειρά από τρύπες που ονομάζονται Thermal Vias, οι οποίες βρίσκονται ανάμεσα σε δύο επιφάνειες επαφής. Σε αυτό το σχέδιο, είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι η πηγή θερμότητας και το καλοριφέρ συνδέονται στο ελάχιστο σημείο αντίστασης για τη μεταφορά θερμότητας. Με την προσθήκη επιμεταλλωμένων οπών κοντά στην πηγή θερμότητας, η θερμική αντίσταση μπορεί να μειωθεί αποτελεσματικά και η απόδοση της διάχυσης θερμότητας των βασικών τμημάτων του κυκλώματος μπορεί να βελτιωθεί.
Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι ο σχεδιασμός αυτός μπορεί να αυξήσει το βάρος του πίνακα κυκλωμάτων, να καταλαμβάνει ένα ορισμένο χώρο και να οδηγήσει σε αυξημένη δυσκολία στην παραγωγή και κόστος. Σε σύγκριση με τα μανίκια χωρίς επιμεταλλωμένες τρύπες, αυτές οι επιμεταλλωμένες οπές παράγουν μόνο μερικούς βαθμούς διαφοράς θερμοκρασίας πολύ κοντά στις δικές τους θέσεις. Στο σχεδιασμό της μηχανικής, είναι απαραίτητο να εξεταστεί διεξοδικά αυτοί οι παράγοντες για να επιτευχθεί η καλύτερη ισορροπία μεταξύ της διάχυσης της θερμότητας και της απόδοσης.
Στα αριστερά είναι το κέλυφος χωρίς μια τρύπα Στα δεξιά υπάρχει ένα περίβλημα με 25 με τρύπες
Χοντρό σύρμα
Η χρήση περισσότερου χαλκού παρέχει μια μεγαλύτερη επιφάνεια, η οποία βοηθά στη διανομή και στη διάλυση της θερμότητας. Αυτός ο τύπος πλακέτας κυκλώματος είναι κατάλληλος για εφαρμογές υψηλής ισχύος.
Αυτές οι μέθοδοι παρέχουν διαφορετικές προσεγγίσεις για τους σχεδιαστές να επιλέξουν την πιο κατάλληλη τεχνολογία θερμικής διαχείρισης που βασίζεται σε συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής.