Byggnad A19 och C2, Fuqiao nr 3-distriktet, Fuhai-gatan, Bao'an-distriktet, Shenzhen, Kina
+86 0755 2306 7700

homeHem > Resurser > Bloggar > 10 effektiva värmeavledningstekniker för kretskort för att förbättra tillförlitligheten hos elektroniska enheter

10 effektiva värmeavledningstekniker för kretskort för att förbättra tillförlitligheten hos elektroniska enheter

2023-08-09Reporter: SprintPCB

Inom det moderna elektronikområdet, i takt med att enheternas storlek fortsätter att krympa och prestandan fortsätter att förbättras, har frågor om värmehantering blivit alltmer framträdande och kan inte ignoreras. Precis som en vis person en gång sa: "Teknologiska framsteg går ofta hand i hand med värmeutsläpp." Värmen som genereras av elektroniska enheter under drift kan, om den inte hanteras och avleds på rätt sätt, vara som ett omärkligt hot som i tysthet äventyrar utrustningens stabilitet och livslängd. I denna ständigt föränderliga digitala värld är det inte bara en garanti för att förbättra tillförlitligheten hos elektroniska enheter att behärska viktiga tekniker för PCB-kylning (Printed Circuit Board) utan också en viktig väg mot att leda teknikens framkant.

PCB-värmeavledning

Elektroniska enheter genererar en viss mängd värme under drift, vilket gör att enhetens interna temperatur stiger snabbt. Om denna värme inte avleds omedelbart kommer enheten att fortsätta att värmas upp, vilket leder till komponentfel på grund av överhettning, vilket minskar den elektroniska enhetens tillförlitlighet och prestanda. Därför är det avgörande att effektivt hantera värmeavledningen från kretskortet. Värmeavledning för kretskort spelar en viktig roll, så låt oss diskutera några tekniker för värmeavledning från kretskort. De allmänt använda kretskortsmaterialen för värmeavledning inkluderar kopparbelagda epoxiglasduksubstrat eller fenolhartsglasduksubstrat, och ett litet antal använder även pappersbaserade kopparbelagda kretskort. Även om dessa substrat har utmärkta elektriska och bearbetningsegenskaper är deras värmeavledning dålig. Som kylmetod för högvärmegenererande komponenter är det nästan omöjligt att förlita sig på värmeledning genom själva kretskortshartset, utan snarare avleds värme från komponenternas yta till den omgivande luften. Men med tillkomsten av elektroniska produkter som går in i eran av miniatyriserade komponenter, högdensitetsmontering och hög värmegenerering är det långt ifrån tillräckligt att enbart förlita sig på komponenternas lilla yta för värmeavledning. Samtidigt, på grund av den utbredda användningen av ytmonterade komponenter som QFP och BGA, överförs värmen som genereras av elektroniska komponenter i stor utsträckning till kretskortet. Därför är den mest effektiva metoden för att hantera värmeavledning att förbättra kretskortets inneboende värmeavledningsförmåga i direkt kontakt med de värmealstrande komponenterna, vilket möjliggör ledning eller avledning av värme genom kretskortet.

PCB-layout och komponentplacering

PCB-layout och komponentplacering

Kallluftzoner och termokänsliga komponenter

Genom att placera termiska sensorer i den kalla luftzonen säkerställs att de får bättre luftcirkulation.

Temperaturdetekteringsenhet

Temperaturmätningsanordningen placeras på den varmaste platsen.

Partitionsarrangemang

Komponenter på samma kretskort bör så mycket som möjligt delas upp efter deras värmealstring och värmeavledningsnivåer. Komponenter med lägre värmealstring eller dålig värmebeständighet (såsom små signaltransistorer, småskaliga integrerade kretsar, elektrolytkondensatorer etc.) bör placeras uppströms om kylflödet (inloppet), medan komponenter med högre värmealstring eller bättre värmebeständighet (såsom effekttransistorer, storskaliga integrerade kretsar etc.) bör placeras nedströms om kylflödet.

Vertikal och horisontell layout.

I horisontell riktning bör högeffektsenheter placeras närmare kanten av kretskortet för att förkorta värmeöverföringsvägen. I vertikal riktning bör högeffektsenheter placeras ovanför kretskortet för att minimera deras påverkan på temperaturen hos andra enheter under drift. Värmeavledningen inom utrustningens kretskort är främst beroende av luftflödet. Därför är det viktigt att studera luftflödesvägarna och arrangera komponenterna i kretskortet på lämpligt sätt under designfasen.

Placering av temperaturkänslig sensorkomponent

Luft tenderar att strömma mot områden med lägre motstånd när den är i rörelse. Därför är det viktigt att undvika att lämna stora öppna utrymmen i ett visst område när man placerar komponenter på ett kretskort. Placeringen av komponenter över flera kretskort i ett system bör också beakta denna princip. Enheter som är känsliga för temperatur bör helst placeras i de kallaste områdena, till exempel undersidan av utrustningen. Det är avgörande att undvika att placera dem direkt ovanför värmeavgivande komponenter. När man placerar flera enheter är det lämpligt att använda en förskjuten layout på ett horisontellt plan.

Högpresterande enheter

Placera enheterna med högst strömförbrukning och största värmeutveckling nära de optimala kylplatserna. Undvik att placera enheter med hög värmeutveckling i hörn och kanter på kretskortet om det inte finns en kylanordning i närheten.

Radiator och värmeledningsplatta

Radiator-och-värmeledningsplatta

Småskaliga värmeanordningar

Vid konstruktion av effektmotstånd är det lämpligt att välja större komponenter och säkerställa tillräckligt med värmeavledningsutrymme när man justerar kretskortets layout. För komponenter som genererar mycket värme kan kylflänsar och värmeledande plattor läggas till. När det bara finns ett fåtal komponenter som genererar betydande värme (färre än 3) kan kylflänsar eller värmerör anslutas till värmekomponenterna. Om temperaturen inte kan sänkas tillräckligt kan en fläktutrustad kylfläns användas för att förbättra värmeavledningen.

Storskaliga värmeavledningskomponenter

När det finns ett betydande antal värmealstrande komponenter (mer än 3) kan en större värmeavledningshölje (platta) användas. Denna specialiserade kylfläns anpassas baserat på positionerna och höjderna för de värmealstrande komponenterna på kretskortet, eller så kan det innebära att man skapar varierande komponenthöjder på en stor platt kylfläns. Värmeavledningshöljet är säkert fäst vid komponentytan och har kontakt med varje enskild komponent för effektiv värmeavledning.

Termisk fasförändringsledande dyna

På grund av dålig jämnhet i komponenthöjden under lödning är värmeavledningseffekten dock inte optimal. Det är vanligt att förbättra värmeavledningen genom att applicera en flexibel termisk fasförändringsledande dyna på komponentytan.

Kretsdesign och routinglayout

Kretsdesign

För utrustning som använder fri konvektionsluftkylning är det att föredra att arrangera integrerade kretsar (eller andra komponenter) i vertikal eller horisontell orientering. För att uppnå effektiv värmeavledning genom ett väl utformat routingschema är förbättring av kopparspårretention och införlivande av termiska vior de primära metoderna. På grund av hartsets dåliga värmeledningsförmåga i kortmaterialet fungerar kopparspår och vior som effektiva värmeledare. Utvärdering av ett kretskorts värmeavledningsförmåga kräver beräkning av den ekvivalenta värmeledningsförmågan hos kompositmaterialet, vilket består av olika material med olika värmeledningsförmåga, som används i kretskortets isolerande substrat. Komponenter på samma kretskort bör arrangeras i zoner baserat på deras värmealstring och värmeavledningsförmåga. Komponenter med lägre värmealstring eller lägre värmebeständighet, såsom småsignaltransistorer, småskaliga integrerade kretsar och elektrolytkondensatorer, bör placeras uppströms kylluftflödet (inloppet). Komponenter med högre värmealstring eller bättre värmebeständighet, såsom effekttransistorer och storskaliga integrerade kretsar, bör placeras nedströms kylluftflödet. I horisontell riktning bör högeffektskomponenter placeras närmare kanten av kretskortet för att förkorta värmeöverföringsvägen. I vertikal riktning bör högeffektskomponenter placeras ovanför kretskortet för att minimera deras påverkan på temperaturen hos andra komponenter. Värmeavledningen från kretskortet inuti enheten är främst beroende av luftflödet. Därför är det under designfasen avgörande att studera luftflödesvägarna och strategiskt placera komponenterna eller kretskortet. Luft tenderar att strömma mot områden med lägre motstånd när den är i rörelse, så när man placerar komponenter på ett kretskort är det viktigt att undvika att lämna stora hålrum i ett visst område. Konfigurationen av flera kretskort i enheten bör också ta hänsyn till samma problem. Det är lämpligt att placera temperaturkänsliga komponenter i den lägsta temperaturzonen (t.ex. botten av enheten). Undvik att placera dem direkt ovanför värmeavgivande komponenter. När man arbetar med flera komponenter är det att föredra att placera dem i en sammanflätad layout på ett horisontellt plan. Placera komponenterna med högst strömförbrukning och maximal värmegenerering nära den optimala värmeavledningsplatsen. Undvik att placera komponenter som genererar hög värme i hörnen och kanterna på kretskortet om det inte finns värmeavledningsanordningar i närheten. Välj större komponenter när det är möjligt vid konstruktion av effektmotstånd och se till att det finns tillräckligt med värmeavledningsutrymme när du justerar kretskortets layout.Minimera koncentrationen av hotspots på kretskortet och fördela effekten så jämnt som möjligt över kretskortet för att bibehålla enhetlig och konsekvent yttemperaturprestanda. Att uppnå en strikt enhetlig fördelning är ofta utmanande i designprocessen, men det är viktigt att undvika områden med alltför hög effekttäthet. Denna försiktighetsåtgärd vidtas för att förhindra uppkomsten av hotspots som kan påverka kretsens normala drift negativt. Att utföra termisk energianalys för tryckta kretsar är viktigt om förhållandena tillåter det. Inkluderingen av programvarumoduler för termisk energiindexanalys i viss professionell kretskortsdesignprogramvara kan numera hjälpa designingenjörer att optimera kretsdesignen. Inom det moderna högteknologiska området blir betydelsen av termiska hanteringstekniker för kretskort alltmer framträdande. Precis som en stor arkitekt måste beakta stabiliteten hos en skyskrapa när den designas, måste elektronikingenjörer också fokusera på värmeflödet och spridningen när de designar kretskort. Genom korrekt layout, val av lämpliga värmeavledande material och full användning av moderna designverktyg kan vi skapa ett perfekt "temperaturkontrollsystem" i elektroniska enheter, vilket gör att varje komponent kan fungera effektivt vid lämpliga temperaturer och avge en bländande briljans. Precis som den mänskliga civilisationen blomstrar genom innovation, fortsätter även den elektroniska tekniken att utvecklas genom värmehantering. Låt oss enas nära på teknikens scen och oavbrutet sträva efter att skapa en mer intelligent, effektiv och pålitlig elektronisk värld!Elektroniktekniken fortsätter också att utvecklas genom termisk hantering. Låt oss enas nära på teknikscenen och oavbrutet sträva efter att skapa en mer intelligent, effektiv och pålitlig elektronisk värld!Elektroniktekniken fortsätter också att utvecklas genom termisk hantering. Låt oss enas nära på teknikens scen och oavbrutet sträva efter att skapa en mer intelligent, effektiv och pålitlig elektronisk värld!


Upplev förstklassig PCB-support med  SprintPCB. Räkna med SprintPCB, det ledande högteknologiska företaget, för alla dina behov av kretskortstillverkning. Våra kompletta tjänster tillgodoser kunder över hela världen och garanterar en problemfri process till konkurrenskraftiga priser. Effektivisera din verksamhet och kontakta oss nu för att utforska de många sätt vi kan stödja din organisation på.

Kontakta oss

Vi vill gärna svara på dina frågor och hjälpa dig att lyckas.

Kundsupport