Rakennus A19 ja C2, Fuqiao nro 3, Fuhai-katu, Bao'anin alue, Shenzhen, Kiina
+86 0755 2306 7700

homeKoti > Resurssit > Blogit > 10 tehokasta piirilevyjen lämmönpoistotekniikkaa elektronisten laitteiden luotettavuuden parantamiseksi

10 tehokasta piirilevyjen lämmönpoistotekniikkaa elektronisten laitteiden luotettavuuden parantamiseksi

2023-08-09Reportteri: SprintPCB

Nykyaikaisella elektroniikka-alalla laitteiden koon pienentyessä ja suorituskyvyn parantuessa lämmönhallintaongelmat ovat tulleet yhä merkittävämmiksi, eikä niitä voida sivuuttaa. Kuten eräs viisas ihminen kerran sanoi: "Teknologinen kehitys kulkee usein käsi kädessä lämmön vapautumisen kanssa." Elektronisten laitteiden käytön aikana tuottama lämpö voi, jos sitä ei käsitellä ja haihduteta asianmukaisesti, olla kuin huomaamaton uhka, joka vaarantaa hiljaa laitteiden vakauden ja käyttöiän. Tässä jatkuvasti muuttuvassa digitaalisessa maailmassa piirilevyjen (PCB) jäähdytystekniikoiden hallinta ei ole vain tae elektronisten laitteiden luotettavuuden parantamiselle, vaan myös olennainen tie kohti teknologian eturintamassa olemista.

Piirilevyn lämmönpoisto

Elektroniset laitteet tuottavat käytön aikana tietyn määrän lämpöä, mikä aiheuttaa laitteen sisäisen lämpötilan nopean nousun. Jos tätä lämpöä ei poisteta nopeasti, laite jatkaa lämpenemistään, mikä johtaa komponenttien vikaantumiseen ylikuumenemisen vuoksi ja heikentää siten elektronisen laitteen luotettavuutta ja suorituskykyä. Siksi on ratkaisevan tärkeää hallita piirilevyn lämmönpoistoa tehokkaasti. Piirilevyjen lämmönpoistolla on tärkeä rooli, joten keskustellaanpa joistakin piirilevyjen lämmönpoistotekniikoista. Yleisesti käytettyjä piirilevymateriaaleja lämmönpoistoon ovat kuparipäällysteinen epoksilasikuitualusta tai fenolihartsilasikuitualusta, ja pienessä määrin käytetään myös paperipohjaisia ​​kuparipäällysteisiä levyjä. Vaikka näillä alustoilla on erinomaiset sähköiset ja prosessointiominaisuudet, niiden lämmönpoisto on heikkoa. Paljon lämpöä tuottavien komponenttien jäähdytysmenetelmänä on lähes mahdotonta luottaa lämmönjohtavuuteen itse piirilevyhartsin läpi, vaan lämpö haihtuu komponenttien pinnalta ympäröivään ilmaan. Mutta elektronisten tuotteiden siirtyessä miniatyyrikomponenttien, tiheän kokoonpanon ja suuren lämmöntuotannon aikakauteen, pelkästään komponenttien pienen pinta-alan varaan luottaminen lämmönpoistossa ei ole läheskään riittävää. Samanaikaisesti pinta-asennettavien komponenttien, kuten QFP:n ja BGA:n, laajalle levinneen käytön vuoksi elektronisten komponenttien tuottama lämpö siirtyy laajalti piirilevylle. Siksi tehokkain tapa lämmönhukkaongelman ratkaisemiseksi on parantaa piirilevyn luontaista lämmönhukkakykyä suorassa kosketuksessa lämpöä tuottavien komponenttien kanssa, mikä mahdollistaa lämmön johtumisen tai haihtumisen piirilevyn läpi.

Piirilevyn asettelu ja komponenttien sijoittelu

Piirilevyn asettelu ja komponenttien sijoittelu

Kylmän ilman vyöhykkeet ja lämpöherkät komponentit

Lämpöanturien sijoittaminen kylmäilmavyöhykkeelle varmistaa paremman ilmankierron.

Lämpötilan mittauslaite

Lämpötilan mittauslaite sijoitetaan kuumimpaan paikkaan.

Väliseinien järjestely

Samalla piirilevyllä olevat komponentit tulisi jakaa mahdollisimman paljon niiden lämmöntuoton ja lämmönhukkatason mukaan. Vähäisemmän lämmöntuoton tai huonon lämmönkeston omaavat komponentit (kuten pienet signaalitransistorit, pienimuotoiset integroidut piirit, elektrolyyttikondensaattorit jne.) tulisi sijoittaa jäähdytysilmavirran ylävirtaan (sisääntuloaukkoon), kun taas suuremman lämmöntuoton tai paremman lämmönkeston omaavat komponentit (kuten tehotransistorit, suuret integroidut piirit jne.) tulisi sijoittaa jäähdytysilmavirran alavirtaan.

Pystysuora ja vaakasuora asettelu.

Vaakasuunnassa suuritehoiset laitteet tulisi sijoittaa lähemmäs piirilevyn reunaa lämmönsiirtoreitin lyhentämiseksi. Pystysuunnassa suuritehoiset laitteet tulisi sijoittaa piirilevyn yläpuolelle, jotta niiden vaikutus muiden laitteiden lämpötilaan käytön aikana olisi mahdollisimman pieni. Lämmön haihtuminen laitteen piirilevyssä perustuu ensisijaisesti ilmavirtaukseen. Siksi suunnitteluvaiheessa on tärkeää tutkia ilmavirtausreitit ja järjestää komponentit tai piirilevy asianmukaisesti.

Lämpötilaherkän anturikomponentin sijainti

Ilma pyrkii liikkuessaan virtaamaan kohti alueita, joilla on pienempi vastus. Siksi piirilevylle komponentteja järjestettäessä on tärkeää välttää suurten avoimien tilojen jättämistä tietylle alueelle. Myös komponenttien sijoittelussa useille piirilevyille järjestelmän sisällä tulisi ottaa huomioon tämä periaate. Lämpötilalle herkät laitteet tulisi mieluiten sijoittaa viileimpiin osiin, kuten laitteen pohjalle. On ratkaisevan tärkeää välttää niiden sijoittamista suoraan lämpöä lähettävien komponenttien yläpuolelle. Useita laitteita järjestettäessä on suositeltavaa käyttää porrastettua asettelua vaakasuorassa tasossa.

Suuritehoiset laitteet

Sijoita eniten virtaa ja lämpöä tuottavat laitteet lähelle optimaalisia jäähdytyspaikkoja. Vältä paljon lämpöä tuottavien laitteiden sijoittamista piirilevyn kulmiin ja reunoille, ellei lähellä ole jäähdytyslaitetta.

Jäähdytin ja lämmönjohtolevy

Jäähdytin ja lämmönjohtavuuslevy

Pienet lämmityslaitteet

Tehovastuksia suunniteltaessa on suositeltavaa valita suurempia laitteita ja varmistaa riittävä lämmönpoistotila piirilevyjen asettelua säädettäessä. Paljon lämpöä tuottaviin komponentteihin voidaan lisätä jäähdytyselementtejä ja lämpöä johtavaa levyä. Kun merkittävästi lämpöä tuottavia komponentteja on vain muutama (alle 3), lämmityskomponentteihin voidaan kiinnittää jäähdytyselementtejä tai lämpöputkia. Jos lämpötilaa ei voida laskea riittävästi, voidaan käyttää puhaltimella varustettua jäähdytyselementtiä lämmönpoiston parantamiseksi.

Laajamittaiset lämmönpoistokomponentit

Kun lämpöä tuottavia komponentteja on merkittävä määrä (yli 3), voidaan käyttää suurempaa lämmönpoistokoteloa (levyä). Tämä erikoisjäähdytyselementti räätälöidään piirilevyllä olevien lämpöä tuottavien komponenttien sijaintien ja korkeuksien perusteella, tai se voi tarkoittaa komponenttien eri korkeussijaintien luomista suurelle, tasaiselle jäähdytyselementille. Lämmönpoistokotelo kiinnitetään tukevasti komponentin pintaan ja koskettaa jokaista yksittäistä komponenttia tehokkaan lämmönpoiston varmistamiseksi.

Lämpöfaasimuutos johtava tyyny

Komponentin korkeuden epätasaisuuden vuoksi juottamisen aikana lämmönpoistovaikutus ei kuitenkaan ole optimaalinen. On yleistä käytäntöä parantaa lämmönpoistoa asettamalla komponentin pinnalle joustava lämpöfaasimuutosta aiheuttava johtava tyyny.

Piirisuunnittelu ja reititys

Piirisuunnittelu

Vapaata konvektiota hyödyntävissä laitteissa on edullista järjestää integroidut piirit (tai muut komponentit) pystysuoraan tai vaakasuoraan. Tehokkaan lämmönpoiston saavuttamiseksi hyvin suunnitellulla reititysjärjestelmällä ensisijaisia ​​menetelmiä ovat kuparijohtimien pysyvyyden parantaminen ja lämpöreikien sisällyttäminen. Levymateriaalin hartsin heikon lämmönjohtavuuden vuoksi kuparijohtimet ja -reiät toimivat tehokkaina lämmönjohtajina. Piirilevyn lämmönpoistokyvyn arviointi edellyttää komposiittimateriaalin, joka koostuu erilaisista materiaaleista, joilla on erilaiset lämmönjohtavuudet, vastaavan lämmönjohtavuuden laskemista piirilevyn eristealustassa. Samalla piirilevyllä olevat komponentit tulisi järjestää vyöhykkeisiin niiden lämmöntuotto- ja lämmönpoistokyvyn perusteella. Komponentit, joilla on alhaisempi lämmöntuotto tai alhaisempi lämmönkestävyys, kuten piensignaalitransistorit, pienimuotoiset integroidut piirit ja elektrolyyttikondensaattorit, tulisi sijoittaa jäähdytysilmavirran (sisääntulon) ylävirtaan. Komponentit, joilla on korkeampi lämmöntuotto tai parempi lämmönkestävyys, kuten tehotransistorit ja laajamuotoiset integroidut piirit, tulisi sijoittaa jäähdytysilmavirran alavirtaan. Vaakasuunnassa suuritehoiset laitteet tulisi sijoittaa lähemmäs piirilevyn reunaa lämmönsiirtoreitin lyhentämiseksi. Pystysuuntaan suuritehoiset laitteet tulisi sijoittaa piirilevyn yläpuolelle, jotta niiden vaikutus muiden komponenttien lämpötiloihin minimoidaan. Piirilevyn lämmönhukka laitteen sisällä perustuu ensisijaisesti ilman virtaukseen. Siksi suunnitteluvaiheessa on tärkeää tutkia ilmavirtausreittejä ja sijoittaa komponentit tai piirilevy strategisesti. Ilma pyrkii virtaamaan pienemmän vastuksen alueille liikkeessä, joten komponentteja piirilevylle sijoitettaessa on tärkeää välttää suurten tyhjien tilojen jättämistä tietylle alueelle. Useiden piirilevyjen kokoonpanossa kokoonpanossa tulisi myös ottaa huomioon samat seikat. On suositeltavaa sijoittaa lämpötilaherkät komponentit alimpaan lämpötilavyöhykkeeseen (kuten laitteen pohjaan). Vältä niiden sijoittamista suoraan lämpöä lähettävien komponenttien yläpuolelle. Useita komponentteja käsiteltäessä on edullista järjestää ne lomitettuun asetteluun vaakatasossa. Aseta komponentit, joilla on suurin virrankulutus ja suurin lämmöntuotto, lähelle optimaalista lämmönhukkakohtaa. Vältä sijoittamasta paljon lämpöä tuottavia komponentteja piirilevyn kulmiin ja reunoille, ellei niiden lähellä ole lämmönpoistolaitteita. Tehovastuksia suunniteltaessa on valittava suurempia komponentteja aina kun mahdollista ja varmistettava, että piirilevyn asettelua säädettäessä on riittävästi lämmönpoistotilaa.Minimoi kuumapisteiden keskittyminen piirilevylle ja jaa teho mahdollisimman tasaisesti piirilevyn yli, jotta pintalämpötila pysyy tasaisena ja yhtenäisenä. Tarkan jakauman saavuttaminen on usein haastavaa suunnitteluprosessissa, mutta on tärkeää välttää alueita, joilla on liian suuri tehotiheys. Tällä varotoimenpiteellä estetään kuumapisteiden esiintyminen, jotka voisivat vaikuttaa haitallisesti piirin normaaliin toimintaan. Lämpöenergia-analyysin suorittaminen painetuille piireille on välttämätöntä, jos olosuhteet sen sallivat. Lämpöenergiaindeksianalyysiohjelmistomoduulien sisällyttäminen joihinkin ammattimaisiin piirilevyjen suunnitteluohjelmistoihin voi nykyään auttaa suunnittelijoita optimoimaan piirisuunnittelua. Nykyaikaisella huipputeknologian alalla piirilevyjen lämmönhallintatekniikoiden merkitys on yhä tärkeämpi. Aivan kuten suuren arkkitehdin on otettava huomioon pilvenpiirtäjän vakaus sitä suunnitellessaan, elektroniikkainsinöörien on myös keskityttävä lämmön virtaukseen ja hajaannukseen piirilevyjä suunnitellessaan. Oikein suunnitellun suunnittelun, sopivien lämpöä johtavien materiaalien valinnan ja nykyaikaisten suunnittelutyökalujen täysimääräisen hyödyntämisen avulla voimme luoda täydellisen "lämpötilan säätöjärjestelmän" elektronisiin laitteisiin, jolloin jokainen komponentti voi toimia tehokkaasti sopivissa lämpötiloissa ja säteillä häikäisevää kirkkautta. Aivan kuten ihmiskunta kukoistaa innovaatioiden avulla, myös elektroninen teknologia kehittyy jatkuvasti lämmönhallinnan avulla. Yhdistäkäämme voimamme teknologian näyttämöllä ja pyrkikäämme herkeämättä luomaan älykkäämpää, tehokkaampaa ja luotettavampaa elektronista maailmaa!Elektroninen teknologia kehittyy jatkuvasti myös lämmönhallinnan avulla. Yhdistykäämme tiiviisti teknologian näyttämöllä ja pyrkikäämme herkeämättä luomaan älykkäämpää, tehokkaampaa ja luotettavampaa elektronista maailmaa!Elektroninen teknologia kehittyy jatkuvasti myös lämmönhallinnan avulla. Yhdistykäämme tiiviisti teknologian näyttämöllä ja pyrkikäämme herkeämättä luomaan älykkäämpää, tehokkaampaa ja luotettavampaa elektronista maailmaa!


Koe huippuluokan piirilevytukea  SprintPCB :ltä . Voit luottaa SprintPCB:hen, johtavaan korkean teknologian yritykseen, kaikissa piirilevyjen valmistustarpeissasi. Kokonaisvaltaiset palvelumme palvelevat asiakkaita maailmanlaajuisesti varmistaen vaivattoman prosessin kilpailukykyiseen hintaan. Virtaviivaista toimintaasi ja ota meihin yhteyttä nyt ja tutustu lukuisiin tapoihin, joilla voimme tukea organisaatiotasi.

Ota yhteyttä

Vastaamme mielellämme kysymyksiisi ja autamme sinua onnistumaan.
  • *

  • Vastaamme 1 tunnin kuluessa. Aukioloaikamme: 9.00–18.30

  • LÄHETÄ VIESTI

Asiakastuki