10 проверенных техник максимизации токоносимости дорожек PCB и рассеивания тепла

Для печатных плат выделение тепла — серьезная проблема. Избыточное тепло влияет на функции платы и может повредить компоненты. Необходимо эффективное рассеивание тепла. Но по мере уменьшения компонентов рассеивание становится вызовом. Тепло рассеивается естественным путем через саму плату.

Когда естественного рассеивания недостаточно — используют принудительные средства: радиаторы (вентиляторы, радиаторы), воздушные охладители и др. Это ведет к лучшей токоносимости дорожек PCB.

Тщательный визуальный осмотр печатной платы

При проектировании PCB обращайте внимание на максимизацию рассеивания тепла. Правильное рассеивание — залог долгой жизни платы и правильной работы.

Самый быстрый и простой способ инспекции. Сначала отключите питание платы. В выключенном состоянии можно исследовать. Попробуйте коснуться поверхности интегральных схем — проверка перегрева. Если плата закоротилась — ищите обгоревшие пятна (коричневые следы на обычной зеленой плате). Эти пятна указывают на зоны перегрева в дизайне.

Инфракрасная камера

Голый глаз видит ограниченно. Для обнаружения зон высокого тепловыделения используйте инфракрасную камеру (термоимेजер). Делают тепловое излучение видимым. Идентифицируют точные локации избыточного тепла. Дают точное измерение тепла. Линзы фокусируются до линий 20 мкм. Некоторые камеры создают слой за слоем термическое изображение с видимым длиной волны.

Сравните термическое изображение хорошей платы и перегреваемой — локализуете зоны избыточного тепла. Инфракрасная камера незаменима для анализа способности платы рассеивать тепло. Отличный способ управления токоносимостью дорожек.

Тепловой анализ

При тепловом анализе плата проходит строгий анализ при переменных температурах. Измеряет поведение платы в заданной среде. Экологическое тепло глубоко влияет на плату. Большинство плат работают в высокотехнологичных средах.

Критически важно видеть, как плата будет работать в меняющихся условиях. При проектировании используйте тепловой анализ для симуляции условий. Выявляет тепловые проблемы и зоны высокой теплотности. Эффективно решает вопросы на этапе проектирования. Тепловой анализ оптимизирует плату даже до строительства.

Электрическое потребление мощности

Главная причина тепловыделения в PCB — нагрев компонентов на плате. При электрическом потреблении два фактора влияют на рассеивание: распределение мощности на плате и потребление мощности на единицу площади. Правильное размещение компонентов по плате критично для увеличения рассеивания.

В горизонтальном направлении — высокомощные устройства близко к краю. В вертикальном — высокомощные близко к верху платы. Высокотепловыделительные компоненты рядом с охлаждающими устройствами. Важно: высоконагревающие компоненты далеко от краев/углов. Если нет охлаждающего устройства для горячего компонента. Горячие компоненты нагревают менее горячие. При правильной расстановке — эффект не произойдет. Устройства с высоким потреблением равномерно распределяют по площади платы. Избегая зон высокой плотности мощности — поддерживаете постоянную поверхностную температуру. Отличный способ хорошей токоносимости дорожек.

Конвекция в PCB

Плата имеет множество компонентов. Все нагреваются во время работы. Для эффективной работы плата должна рассеивать это тепло. Рассеивание — автоматическим или принудительным путем (радиаторы). Конвекция и излучение — два метода рассеивания. Конвекция — передача тепла от компонента к компоненту.

Излучение — рассеивание без среды. Плата должна состоять из высокоабсорбирующих материалов, увеличивающих излучение. Повышение температуры радиаторов и снижение температуры абсорберов увеличивает излучение. Когда конвекция и излучение высоки — благоприятно влияет на способность платы рассеивать тепло.

Использование онлайн-калькуляторов радиаторов

Онлайн-калькуляторы радиаторов — ПО для расчета радиаторов. Различные калькуляторы для разных задач. Нужен минимум параметров. Пример: калькуляторы максимальной температуры, выдерживаемой устройством. Параметры: максимальная ambiente температура, приложенная мощность. Калькулятор выдает максимальную температуру и управляемую мощность.

Похожие калькуляторы считают токоносимость дорожек PCB, размер радиатора и др. Бесплатны, используйте для оптимизации платы.

Использование температурных диодов

Можно использовать недорогие полупроводниковые диоды для измерения рассеивания тепла. Примеры: 1N914, 1N4148, 1N400X. Не дают точного измерения, но оценивают тепловыделение через плату. Монтируют диод на компоненты: транзисторы, трансформаторы, батареи. Для мониторинга температуры нужны датчики с линейными температурными характеристиками. Упомянутые диоды — хороший выбор.

Использование даташитов/таблиц для распространенных компонентов PCB

Даташиты — инструкции от инженеров для инженеров. Содержат точную информацию о работе детали. Используя даташит, убедитесь — это последняя версия для данного элемента. Актуальный даташит критичен для избежания ошибок.

Найдете даташиты с детальными спецификациями почти для каждой детали. Включают тепловые свойства почти всех компонентов. Полезны для представления о тепловыделении каждого элемента платы. Помогает управлять токоносимостью дорожек. Оценка определяет, как оптимизировать плату для рассеивания тепла.

Метод взвешенного объемной эффективной теплопроводности

В PCB отказ одного компонента достаточно для отказа всей платы. Теплопроводность среди компонентов не постоянна. Критично поддерживать отличный тепловой дизайн для работы при высоких температурах. Вес/площадь платы — толщина медного покрытия на ламинированной плате. Для эффективной теплопроводности нужен непрерывный медный путь. Теплопроводность также зависит от количества виа в плате.

Повышение температуры дорожек PCB

Дорожки — пути, несущие электричество по плате. Они тоже могут перегреваться. Повышение температуры дорожек рассчитывают по P=I²R, уравнению из закона Ома.

Два фактора влияют на повышение температуры в дорожках: токоносимость дорожек и их ширина. Токоносимость — максимальный ток, который может нести дорожка. Более высокие токи требуют более толстых дорожек.

Резюме

Надеемся, статья полезна. Кратко: избыточное тепло влияет на функции платы. Критично выявлять зоны избыточного тепла. Если плата не рассеивает тепло — вся плата выйдет из строя. Нужно знать, как проектировать и тестировать плату для оптимального рассеивания. Это строгий процесс: тесты, тесты и еще тесты.

WellPCB имеет опыт производства печатных плат. Дадим именно то, что нужно. Почему ждать, когда наша экспертная команда может произвести вашу плату сегодня?

Свяжитесь с нами для начала!