Продвинутые методы рассеивания тепла для надёжной работы печатных плат

Когда нужно создавать печатные платы (ПП) для различных устройств и оборудования, одним из главных соображений является то, насколько хорошо они рассеивают 열. Правильное рассеивание тепла в ПП защищает их от проблем с производительностью и полных поломок, вызванных избыточными температурами. Любая ПП, в которую вы инвестируете, должна быть спроектирована с надлежащими функциями рассеивания тепла, чтобы обеспечить, что она не перегреется и будет обеспечивать стабильную производительность.

Узнайте больше о том, почему тепло — проблема, и о советах по рассеиванию тепла в ПП.

Почему тепло — проблема в печатных платах

Всякий раз, когда ток течёт через электронные компоненты, тепловая нагрузка увеличивается. Количество тепла, производимого компонентом, варьируется в зависимости от схемы, мощности и характеристик устройства. Часто причины перегрева ПП — неправильно установленные компоненты, внешние факторы, неадекватная вентиляция и неправильная сборка.

Хотя ПП могут выдерживать некоторое тепло, избыточные температуры вызывают серьезные проблемы. Негативные последствия избыточного тепла: нарушение цепей, окисление компонентов, потеря структурной целостности и несовместимые коэффициенты теплового расширения материалов. Эти эффекты снижают производительность ПП. Если ПП долго подвергается избыточному теплу, она начинает работать неисправно и может полностью выйти из строя с необратимым повреждением.

Методы рассеивания тепла

Поскольку избыточное тепло вызывает значительные проблемы, вы, вероятно, захотите, чтобы ваша ПП обладала свойствами рассеивания тепла. Когда нужно удалить тепло из ПП, можно прибегнуть к нескольким методам. Например, добавление радиаторов и вентиляторов охлаждения — отличный способ рассеивания тепла.

Узнайте больше о том, как рассеивать тепло в ПП, изучив основные методы ниже:

1. Добавление вентиляторов охлаждения и радиаторов

Радиаторы — термически проводимые металлические детали с большой площадью поверхности, которые проектировщики ПП обычно используют для рассеивания тепла. Обычно они крепятся к тепловыделяющим компонентам, таким как ключевые устройства. После крепления радиатор позволяет компоненту передавать тепло в другие области и рассеивать его на своей большой площади.

Наряду с использованием радиаторов в ПП и других компонентах устройства, можно добавить вентиляторы охлаждения. Эти вентиляторы подают поток холодного воздуха в устройство для быстрого удаления тепла и предотвращения его накопления. Обычно вентиляторы используются для блоков питания с высоким током, так как они помогают более эффективному и быстрому удалению тепла.

2. Использование толстых медных дорожек

Когда нужна ПП для высокомощных приложений, добавление толстых и тяжёлых медных дорожек — обычно правильный выбор. Используя толстые медные дорожки, тепло получит большую поверхность для распределения и рассеивания.

3. Инвестиции в тепловые трубы (Heat Pipes)

Если у вас ПП в компактном устройстве с ограниченным пространством, тепловые трубы помогут с рассеиванием тепла. Эти трубы поглощают тепло с помощью жидкостей: небольших количеств аммиака, воды, ацетона или азота. После поглощения тепла труба выделяет пар. Пар течёт по трубе до конденсатора, который конденсирует пар в жидкость, позволяя трубе циклически работать.

Благодаря способности легко передавать тепло, компании, ищущие экономичное и надёжное пассивное передачу, часто выбирают их. С установленными трубами устройства имеют лучшую термическую проводимость и не требуют много обслуживания. Трубы также очень тихие из-за отсутствия движущихся частей и невибрационные.

4. Выбор правильных материалов платы

Другой метод улучшения рассеивания тепла — выбор материалов платы, наиболее подходящих для удаления тепла. Некоторые материалы ПП не имеют свойств для работы с экстремальным теплом. Если известно, что устройство будет подвергаться высоким температурам, необходимо выбирать материалы с теплорассеивающими свойствами.

Полиимидная база — часто хороший выбор для рассеивания тепла. Гибкие ПП имеют более тонкие и гибкие материалы, позволяя больший отношение площади поверхности к объёму. Алюминиевые ПП, тип металлоядерных плат — ещё один отличный выбор благодаря диэлектрическому слою. Этот слой поглощает тепло и передаёт его в алюминиевый слой, где тепло эффективно рассеивается. Алюминиевые ПП полезны для высокомощных приложений. Для высокотемпературных проектов медные ПП обеспечивают лучшее рассеивание тепла и термическую проводимость.

Эффективный неметаллический вариант — керамические ПП. Обычно из нитрида алюминия или оксида алюминия, подходят для приложений, требующих высокое теплосопротивление и высокочастотные соединения. Помимо высокой термической проводимости, имеют низкий коэффициент теплового расширения, отличную универсальность и химическую стойкость, поэтому хорошо работают во многих средах.

5. Использование массивов тепловых виа (Thermal Via Arrays)

Массивы тепловых виа — ещё один отличный выбор для рассеивания тепла, помогающие увеличить площадь и массу меди. Расширяя массу и площадь меди, устройство получит сниженное термическое сопротивление. Массивы также обеспечивают большее рассеивание тепла для критических компонентов, так как позволяют лучшую проводимость. Из-за способности рассеивать тепло и снижать термическое сопротивление, компании часто используют массивы тепловых виа близко к источникам тепла для улучшения производительности.

Массивы тепловых виа популярны у компаний, желающих убрать радиаторы из ПП. Их можно комбинировать с контактной площадкой в некоторых приложениях для отвода тепла от устройства. Эта комбинация улучшает рассеивание тепла ПП, устраняя необходимость в радиаторах.

6. Внедрение технологии медных монет (Copper Coin Technology)

Медные монеты — маленькие куски меди, вмонтированные в ПП. Обычно размещаются прямо под компонентом, генерирующим много тепла. Используют превосходную термическую проводимость меди, чтобы отводить тепло от компонента прямо к радиатору. Медные монеты — отличный способ рассеивания тепла, часто используются, когда малое число компонентов генерирует большую часть тепла.

Это локализованное решение существует в нескольких формах: T-монеты, I-монеты и C-монеты, используемые в зависимости от формы области. После трассировки монета вмонтируется в слот ПП и ламинируется и металлизируется для плотного соединения.

7. Оптимизация компоновки ПП

При проектировании ПП компании часто прибегают к лучшим практикам для эффективного обеспечения рассеивания тепла компоновкой. Некоторые практики: размещение температурно-чувствительных деталей в зонах низкой температуры устройства (например, внизу) и избегание установки их поверх нагревательных устройств. Проектировщики также чередуют множественные детали на горизонтальной плоскости для лучшей вентиляции. Если компания хочет лучше отслеживать температуру ПП, термометр размещают в самой горячей зоне для точных измерений.

Отличная компоновка ПП обеспечит, что источники тепла установлены максимально далеко друг от друга для избежания избыточного накопления тепла. Если ПП имеет вентилятор охлаждения, хорошей идеей для проектировщиков — разместить тепловыделяющие компоненты вниз по течению вентилятора, а низкотепловые — вверх по течению. Экспертные проектировщики изучают воздушную циркуляцию ПП, размещая высокотемпературные устройства в соответствующей зоне на основе воздушного потока.

Выбирайте Millennium Circuits Limited для ваших потребностей в ПП

В Millennium Circuits Limited (MCL) мы регулярно консультируем и поставляем клиентам ПП с исключительным рассеиванием тепла. Зная, как тепло негативно влияет на ПП, мы прилагаем большие усилия к работе с клиентами на этапах прототипирования и инженерии, чтобы гарантировать, что любые ПП, которые мы предоставляем, соответствуют их нуждам и не склонны к перегреву. Поскольку мы уделяем время пониманию потребностей клиентов и предоставляем им экономичные, высококачественные ПП, соответствующие их спецификациям, мы уверены, что можем помочь.

Изучите возможности наших ПП сегодня. Если у вас есть вопросы или нужен бесплатный расчёт стоимости, пожалуйста, свяжитесь с нами.