V dizajne DPS generujú elektronické komponenty teplo, keď cez ne prechádza prúd, čo závisí od faktorov, ako sú výkonnosť, charakteristiky elektrických zariadení a návrh obvodov. Aj keď niektoré obvody môžu pracovať bez ďalšieho chladenia, v určitých situáciách sa môže vyžadovať kombinácia chladiacich drezov, chladiacich ventilátorov alebo viacerých mechanizmov.
Pri navrhovaní dosky s obvodmi by sa mali brať do úvahy tieto problémy:
1. Údaje o výkonnosti a veľkosť komponentov: Pri navrhovaní dosky obvodu je potrebné zvážiť údaje o výkone a veľkosť komponentov, aby sa lepšie spravovala teplo.
2. Hlavné komponenty rozptyľovania tepla: Pochopenie, ktoré komponenty generujú viac tepla a určujú optimálny mechanizmus rozptylu tepla, sa dá zvyčajne získať prostredníctvom dátového hárku výrobcu.
3. Veľkosť PCB: Veľkosť PCB priamo ovplyvňuje výkon rozptylu tepla a je potrebné sa starostlivo zvážiť.
4. Materiály komponentov DPS, usporiadanie a umiestnenie: Materiály, usporiadanie a umiestnenie komponentov DPS majú významný vplyv na výkon rozptylu tepla.
5. Umiestnenie periférnych zariadení: Primerané usporiadanie polohy periférnych zariadení môže pomôcť zlepšiť celkový efekt rozptyľovania tepla.
7
7. Rozptyľovanie tepla: Určite špecifické množstvo tepla, ktoré musí doska obvodu rozptýliť.
8. Vhodný spôsob chladenia: Vyberte príslušnú metódu chladenia podľa skutočných potrieb, ako sú chladiace ventilátory, chladiče atď.
Najlepším prístupom je optimalizácia teploty na úrovni komponentov na základe prevádzkového prostredia.
Faktory, ktoré je potrebné zvážiť pri určovaní mechanizmu chladenia:
Medzi faktory, ktoré je potrebné zvážiť, patria polovodičové výkony a charakteristiky rozptyľovania tepla, ktoré sú zvyčajne zahrnuté do dátových listov výrobcu alebo technické špecifikácie.
V prípade PCB je prirodzené konvekčné chladenie vhodné pre situácie s nízkym rozptylom tepla, zatiaľ čo PCB, ktoré vyžadujú veľké množstvo rozptylu tepla, vyžaduje použitie chladičov, tepelných potrubí, ventilátorov, hustej medenej fólie alebo kombinácie viacnásobných chladiacich technológií.
Ako identifikovať tepelné problémy s PCB?
Dizajnéri môžu použiť rôzne techniky na identifikáciu potenciálnych problémov vrátane použitia nástrojov tepelnej analýzy, vizuálnej kontroly a infračervených kamier.
Vizuálna kontrola:
Vizuálna kontrola je pohodlnou metódou hľadania príznakov prehriatia, pálenia alebo čiastočného poškodenia komponentov, suchých kontaktov, oblúkov atď. Viditeľné príznaky zahŕňajú opuchnuté komponenty, spálené komponenty a sfarbené oblasti na doske obvodu. Okrem vizuálnej analýzy môže zápach spálených dosiek obvodov naznačovať aj prítomnosť problémov s zahrievaním.
Tepelná analýza:
Vedením tepelnej analýzy môžeme pochopiť výkon elektronických komponentov a dosiek s obvodmi za rôznych teplôt a podmienok. Táto analýza pomáha návrhárom pochopiť, ako sa teplo generuje a prenáša v obvodoch. Návrhári potom môžu použiť výsledky týchto analýz a simulácií na zlepšenie techník a navrhovanie lepších metód kontroly a riadenia tepla.
Pomocou infračerveného tepelného zobrazovača:
Infračervené tepelné snímače sa môžu použiť na detekciu rozloženia teploty obvodových dosiek počas prevádzky a na identifikáciu podmienok prehriatia, ktoré nie sú viditeľné voľným okom. Infračervené tepelné snímače môžu okrem zobrazovania prehriate oblastí niekedy identifikovať falšované alebo chybné komponenty s rôznymi tepelnými charakteristikami z pôvodných komponentov.
Ako rozptýliť teplo z dosky obvodu?
Bežné metódy zahŕňajú chladiče, chladiace ventilátory, tepelné potrubia a hrubé medené vrstvy. Obvody, ktoré generujú viac tepla, zvyčajne vyžadujú kombináciu viacerých technológií. Napríklad chladenie procesora a zobrazenie čipu notebooku zvyčajne vyžaduje kombináciu chladičov, tepelných potrubí a ventilátorov.
Chladiace plutvy a chladiace ventilátory
Hladký drez je tepelne vodivý kovový komponent s veľkou plochou povrchu, ktorá je zvyčajne inštalovaná na komponentoch, ako sú elektrické tranzistory a spínacie zariadenia. Teplo sa prenáša teplo z komponentu do okolia. Pridanie chladiaceho ventilátora pomáha rýchlejšie rozptyľovať teplo, najmä pri vysokom prúdových zdrojoch.
tepelný potrubie
Tepelné potrubia sú vhodné na kompaktnú inštaláciu v obmedzených priestoroch. Tieto trubice poskytujú spoľahlivý a nákladovo efektívny pasívny prenos tepla. Medzi jeho výhody patrí bez vibrácií, dobrá tepelná vodivosť, nízke náklady na údržbu a žiadne pohyblivé časti, čo vedie k pokojnej prevádzke. Typické tepelné potrubie obsahuje malé množstvá dusíka, vody, acetónu alebo amoniaku. Tieto kvapaliny pomáhajú absorbovať teplo a potom uvoľňujú paru, ktorá sa šíri pozdĺž plynovodu. Na potrubí je kondenzátor, ktorý pri prechádza parou kondenzuje späť do kvapaliny a cyklus sa začína znova.
Poľa horúceho otvoru
Ďalšou metódou je pripojenie zdroja tepla k chladiacemu umývadlu cez špeciálne navrhnutú štruktúru, ktorú nazývame tepelný rukáv. Tieto tepelné rukávy obsahujú sériu otvorov nazývaných tepelné priechody, ktoré sa nachádzajú medzi dvoma kontaktnými povrchmi. V tomto návrhu je dôležité zabezpečiť, aby zdroj tepla a radiátor boli pripojené v bode minimálneho odporu pre prenos tepla. Pridaním pokovovaných otvorov v blízkosti zdroja tepla sa môže tepelná impedancia účinne znížiť a môže sa zlepšiť výkon rozptylu tepla v kľúčových častiach obvodu.
Malo by sa však poznamenať, že tento návrh môže zvýšiť hmotnosť dosky obvodu, zaberať určité množstvo priestoru a môže viesť k zvýšeniu výrobných problémov a nákladov. V porovnaní s rukávmi bez pokrčených otvorov tieto pokrčené diery generujú iba niekoľko stupňov teplotného rozdielu veľmi blízko k ich vlastným pozíciám. Pri inžinierskom dizajne je potrebné komplexne zvážiť tieto faktory, aby sa dosiahla najlepšia rovnováha medzi rozptylom tepla a výkonom.
Vľavo je škrupina bez otvoru Napravo je puzdro s 25 cez otvory
Hrubý medený drôt
Použitie väčšieho množstva medi poskytuje väčšiu plochu povrchu, ktorá pomáha distribuovať a rozptyľovať teplo. Tento typ dosky s obvodmi je vhodný pre vysoko výkonné aplikácie.
Tieto metódy poskytujú pre dizajnérov rôzne prístupy k výberu najvhodnejšej technológie tepelného riadenia na základe konkrétnych požiadaviek na aplikáciu.