En el disseny del PCB, els components electrònics generen calor quan el corrent passa per ells, que depèn de factors com la potència, les característiques dels equips elèctrics i el disseny del circuit. Tot i que alguns circuits poden funcionar sense refrigeració addicional, en determinades situacions, es pot requerir una combinació de dissipadors de calor, ventiladors de refrigeració o múltiples mecanismes.
En dissenyar una placa de circuit, s’han de considerar els problemes següents:
1. Dades de rendiment i mida del component: Quan es dissenya una placa de circuit, cal tenir en compte les dades de rendiment i la mida del component per tal de gestionar millor la calor.
2. Components de dissipació de calor principals: Comprendre quins components generen més calor i determinar el mecanisme òptim de dissipació de calor normalment es pot obtenir a través de la fitxa de dades del fabricant.
3. Mida del PCB: La mida del PCB afecta directament el seu rendiment de dissipació de calor i cal tenir en compte detingudament.
4. Els materials de components de PCB, la disposició i la col·locació: els materials, la disposició i la col·locació de components de PCB tenen un impacte significatiu en el rendiment de la dissipació de calor.
5. Col·locació de dispositius perifèrics: L’ordenació raonablement la posició dels dispositius perifèrics pot ajudar a millorar l’efecte general de la dissipació de calor.
6. APLICACIÓ AMBIREMENT Temperatura: Considereu la temperatura de l’entorn de l’aplicació per assegurar -vos que la placa de circuit pot funcionar correctament en diverses condicions ambientals.
7. Dissipació de calor: Determineu la quantitat específica de calor que la placa de circuit necessita dissipar.
8. Mètode de refrigeració adequat: trieu el mètode de refrigeració adequat segons les necessitats reals, com ara ventiladors de refrigeració, dissipadors de calor, etc.
El millor enfocament és optimitzar la temperatura a nivell de components en funció de l’entorn operatiu.
Factors a tenir en compte a l’hora de determinar el mecanisme de refrigeració:
Els factors a tenir en compte inclouen el rendiment de semiconductors i les característiques de dissipació de calor, que normalment s’inclouen a les fulls de dades del fabricant o a les especificacions tècniques.
Per als PCB, el refredament de convecció natural és adequat per a situacions amb una dissipació de calor baixa, mentre que els PCB que requereixen una gran quantitat de dissipació de calor requereixen l’ús de dissipadors de calor, canonades de calor, ventiladors, paper de coure dens o una combinació de múltiples tecnologies de refrigeració.
Com identificar problemes tèrmics amb PCB?
Els dissenyadors poden utilitzar diverses tècniques per identificar problemes potencials, incloent l’ús d’eines d’anàlisi tèrmica, inspecció visual i càmeres d’infrarojos.
Inspecció visual:
La inspecció visual és un mètode convenient per cercar signes de sobreescalfament, cremades o danys parcials a components, contactes secs, arcs, etc. Els signes visibles inclouen components inflats, components cremats i zones descolorides a la placa del circuit. A més de l’anàlisi visual, l’olor de les plaques de circuit cremat també pot indicar la presència de problemes de calefacció.
Anàlisi tèrmica:
Realitzant anàlisis tèrmiques, podem comprendre el rendiment dels components electrònics i les plaques de circuit a diferents temperatures i condicions. Aquesta anàlisi ajuda als dissenyadors a comprendre com es genera i es transfereix la calor en circuits. Els dissenyadors poden utilitzar els resultats d’aquestes anàlisis i simulacions per millorar les tècniques i dissenyar millors mètodes per controlar i gestionar la calor.
Utilitzant una imatge tèrmica infraroja:
Es poden utilitzar imatges tèrmiques infrarojos per detectar la distribució de la temperatura de les plaques de circuit durant el funcionament i identificar les condicions de sobreescalfament que no són visibles a la vista nua. A més de mostrar zones sobreescalfades, les imatges tèrmiques infrarojos poden de vegades identificar components falsificats o defectuosos amb diferents característiques tèrmiques dels components originals.
Com dissipar la calor de la placa del circuit?
Els mètodes habituals inclouen disabsit de calor, ventiladors de refrigeració, canonades de calor i gruixudes capes de coure. Normalment, els circuits que generen més calor requereixen una combinació de múltiples tecnologies. Per exemple, refrigerar el processador i el xip de visualització d’un ordinador portàtil requereix normalment una combinació de dissipadors de calor, canonades de calor i ventiladors.
Refredant aletes i ventiladors de refrigeració
Un dissipador de calor és un component metàl·lic conductor tèrmicament amb una gran superfície, normalment instal·lada en components com els transistors de potència i els dispositius de commutació. El dissipador de calor transfereix la calor del component als voltants. Si afegiu un ventilador de refrigeració, ajuda a dissipar la calor més ràpidament, especialment per a fonts d’alimentació altes de corrent.
canonada de calor
Les canonades de calor són adequades per a la instal·lació compacta en espais limitats. Aquests tubs proporcionen una transferència de calor passiva fiable i rendible. Els seus avantatges inclouen el funcionament lliure de vibracions, una bona conductivitat tèrmica, els baixos costos de manteniment i sense parts mòbils, donant lloc a un funcionament tranquil. Una canonada de calor típica conté petites quantitats de nitrogen, aigua, acetona o amoníac. Aquests líquids ajuden a absorbir la calor i, a continuació, alliberen vapor que es propaga al llarg del gasoducte. Hi ha un condensador a la canalització, que es condensa en forma líquida quan el vapor passa i el cicle torna a començar.
Array de forat calent
Un altre mètode és connectar la font de calor al dissipador de calor mitjançant una estructura especialment dissenyada, que anomenem màniga de calor. Aquestes mànigues tèrmiques contenen una sèrie de forats anomenats vies tèrmiques, que es troben entre dues superfícies de contacte. En aquest disseny, és important assegurar -se que la font de calor i el radiador estiguin connectats al punt de resistència mínim per a la transferència de calor. Afegint forats xapats a prop de la font de calor, es pot reduir eficaçment la impedància tèrmica i es pot millorar el rendiment de dissipació de calor de les parts clau del circuit.
Tot i això, cal destacar que aquest disseny pot augmentar el pes de la placa de circuit, ocupar una certa quantitat d’espai i pot comportar un augment de la dificultat i el cost de fabricació. En comparació amb les mànigues sense forats xapats, aquests forats xapats només generen uns graus de diferència de temperatura molt a prop de les seves pròpies posicions. En el disseny d’enginyeria, és necessari considerar de forma exhaustiva aquests factors per aconseguir el millor equilibri entre la dissipació de calor i el rendiment.
A l'esquerra hi ha la closca sense un forat A la dreta hi ha una carcassa amb 25 forats
Fil de coure gruixut
L'ús de més coure proporciona una superfície més gran, que ajuda a distribuir i dissipar la calor. Aquest tipus de placa de circuit és adequat per a aplicacions d’alta potència.
Aquests mètodes proporcionen enfocaments diversos per als dissenyadors per triar la tecnologia de gestió tèrmica més adequada basada en requisits específics d’aplicació.