Nella progettazione di PCB, i componenti elettronici generano calore quando la corrente passa attraverso di essi, che dipende da fattori come l'alimentazione, le caratteristiche delle apparecchiature elettriche e la progettazione di circuiti. Sebbene alcuni circuiti possano funzionare senza ulteriori raffreddamento, in determinate situazioni, potrebbero essere necessarie una combinazione di dissipatori di calore, ventole di raffreddamento o più meccanismi.
Quando si progetta un circuito, è necessario prendere in considerazione i seguenti problemi:
1. Dati delle prestazioni e dimensioni dei componenti: quando si progetta un circuito, è necessario considerare i dati sulle prestazioni e le dimensioni dei componenti al fine di gestire meglio il calore.
2. Main Dissipation Components: Comprensione quali componenti generano più calore e determinando il meccanismo ottimale di dissipazione del calore può di solito essere ottenuto attraverso la scheda tecnica del produttore.
3. Dimensione del PCB: la dimensione del PCB influisce direttamente sulle prestazioni di dissipazione del calore e deve essere attentamente considerata.
4. Materiali componenti PCB, layout e posizionamento: i materiali, il layout e il posizionamento dei componenti PCB hanno un impatto significativo sulle prestazioni di dissipazione del calore.
5. Posizionamento dei dispositivi periferici: organizzare ragionevolmente la posizione dei dispositivi periferici può aiutare a migliorare l'effetto complessivo di dissipazione del calore.
6. Temperatura dell'ambiente dell'applicazione: considerare la temperatura dell'ambiente di applicazione per garantire che il circuito possa funzionare correttamente in varie condizioni ambientali.
7. Dissipazione del calore: determinare la quantità specifica di calore di cui il circuito deve dissipare.
8. Metodo di raffreddamento appropriato: scegliere il metodo di raffreddamento appropriato in base alle esigenze effettive, come ventilatori di raffreddamento, dissipatori di calore, ecc.
L'approccio migliore è ottimizzare la temperatura a livello di componente in base all'ambiente operativo.
Fattori da considerare quando si determinano il meccanismo di raffreddamento:
I fattori da considerare includono le prestazioni dei semiconduttori e le caratteristiche di dissipazione del calore, che sono in genere incluse nelle schede dati del produttore o nelle specifiche tecniche.
Per i PCB, il raffreddamento della convezione naturale è adatto per situazioni con bassa dissipazione del calore, mentre i PCB che richiedono una grande quantità di dissipazione del calore richiedono l'uso di dissipatori di calore, tubi di calore, ventole, denso foglio di rame o una combinazione di più tecnologie di raffreddamento.
Come identificare i problemi termici con i PCB?
I progettisti possono utilizzare varie tecniche per identificare potenziali problemi, incluso l'uso di strumenti di analisi termica, ispezione visiva e telecamere a infrarossi.
Ispezione visiva:
L'ispezione visiva è un metodo conveniente per la ricerca di segni di surriscaldamento, bruciatura o danno parziale a componenti, contatti secchi, archi, ecc. I segni visibili includono componenti gonfie, componenti bruciati e aree scolorite sul circuito. Oltre all'analisi visiva, l'odore di circuiti bruciati può anche indicare la presenza di problemi di riscaldamento.
Analisi termica:
Conducendo analisi termiche, possiamo comprendere le prestazioni dei componenti elettronici e dei circuiti a temperature e condizioni diverse. Questa analisi aiuta i progettisti a capire come viene generato e trasferito il calore nei circuiti. I progettisti possono quindi utilizzare i risultati di queste analisi e simulazioni per migliorare le tecniche e progettare metodi migliori per controllare e gestire il calore.
Usando un imager termico a infrarossi:
Gli immagini termiche a infrarossi possono essere utilizzate per rilevare la distribuzione della temperatura dei circuiti durante il funzionamento e identificare le condizioni di surriscaldamento che non sono visibili a occhio nudo. Oltre a visualizzare aree surriscaldate, gli immagini termiche a infrarossi possono talvolta identificare componenti contraffatti o difettosi con diverse caratteristiche termiche dai componenti originali.
Come dissipare il calore dal circuito?
I metodi comuni includono dissipatori di calore, ventole di raffreddamento, tubi di calore e spesse strati di rame. Di solito, i circuiti che generano più calore richiedono una combinazione di più tecnologie. Ad esempio, il raffreddamento del processore e il chip di visualizzazione di un laptop richiede in genere una combinazione di dissipatori di calore, tubi di calore e ventole.
Finne di raffreddamento e ventilatori di raffreddamento
Un dissipatore di calore è un componente metallico termicamente conduttivo con una grande superficie, in genere installata su componenti come transistor di potenza e dispositivi di commutazione. Il dissipatore di calore trasferisce il calore dal componente all'area circostante. L'aggiunta di una ventola di raffreddamento aiuta a dissipare il calore più velocemente, soprattutto per gli alimentatori ad alta corrente.
tubo di calore
I tubi di calore sono adatti per l'installazione compatta in spazi limitati. Questi tubi forniscono trasferimento passivo affidabile ed economico. I suoi vantaggi includono il funzionamento senza vibrazioni, una buona conducibilità termica, bassi costi di manutenzione e nessuna parte mobile, con conseguente funzionamento silenzioso. Un tipico tubo di calore contiene piccole quantità di azoto, acqua, acetone o ammoniaca. Questi liquidi aiutano ad assorbire il calore, quindi rilasciano vapore che si propaga lungo la tubazione. C'è un condensatore sul gasdotto, che si condensa in forma liquida quando il vapore passa attraverso e il ciclo ricomincia.
Array caldo a foro
Un altro metodo è quello di collegare la fonte di calore al dissipatore di calore attraverso una struttura appositamente progettata, che chiamiamo una manica di calore. Queste maniche termiche contengono una serie di fori attraverso i VIA termici, che si trovano tra due superfici di contatto. In questo progetto, è importante garantire che la fonte di calore e il radiatore siano collegati nel punto di resistenza minima per il trasferimento di calore. Aggiungendo fori placcati vicino alla fonte di calore, l'impedenza termica può essere effettivamente ridotta e le prestazioni di dissipazione del calore delle parti chiave del circuito possono essere migliorate.
Tuttavia, va notato che questo progetto può aumentare il peso del circuito, occupare una certa quantità di spazio e può portare ad un aumento delle difficoltà e dei costi di produzione. Rispetto alle maniche senza fori placcati, questi fori placcati generano solo alcuni gradi di differenza di temperatura molto vicini alle proprie posizioni. Nella progettazione ingegneristica, è necessario considerare in modo completo questi fattori per raggiungere il miglior equilibrio tra dissipazione del calore e prestazioni.
A sinistra è il guscio senza buco A destra c'è un involucro con 25 attraverso buchi
Filo di rame spesso
L'uso di più rame fornisce una superficie più ampia, che aiuta a distribuire e dissipare il calore. Questo tipo di circuito è adatto per applicazioni ad alta potenza.
Questi metodi forniscono diversi approcci ai progettisti per scegliere la tecnologia di gestione termica più adatta in base a requisiti di applicazione specifici.