Jak zlepšit odvod tepla pomocí návrhů desek plošných spojů

Pokud chcete, aby vaše deska plošných spojů fungovala efektivně a účinně, měli byste zvážit některé změny v návrhu. Chcete-li zlepšit odvod tepla, musíte optimalizovat rozložení součástek. To pomůže vaší desce plošných spojů plně využít měděné roviny, otvory pro odvod tepla a otvory pro pájecí masky. Kromě toho byste měli zajistit, aby použitý kanál tepelného odporu byl přiměřený a umožňoval plynulý odvod tepla z desky plošných spojů.

Tepelné průchodky

Jedním ze způsobů, jak zlepšit odvod tepla při návrhu desek plošných spojů, je zahrnutí tepelných průchodek. Výhodou tepelných prostupů je, že umožňují přenos tepla mezi dvěma různými vrstvami. Větší tepelná průchodka poskytne větší prostor pro pohyb tepla. V minulosti byly oblíbené průchodky vyplněné vodivým epoxidem. Tyto průchodky jsou však nejen neekonomické, ale mohou být i drahé. Místo toho zvažte použití běžných tepelných průchodek, které jsou zdarma a téměř stejně účinné.

Tepelné průchodky jsou nejen přínosem pro zařízení, ale pomáhají také snižovat teplotu spoje. Umožňují také další způsoby odvodu tepla na zadní straně desky plošných spojů.

Hmotnost mědi

Hmotnost mědi je důležitým faktorem při plánování návrhu desek plošných spojů. Zvyšuje celkovou tloušťku desky plošných spojů a obvykle se měří v uncích na čtvereční stopu. DPS, které používají těžkou měď, mohou mít hmotnost až 20 uncí na čtvereční stopu. Kromě tloušťky je hmotnost mědi také hlavním faktorem proudové zatížitelnosti desky plošných spojů.

Těžké měděné desky plošných spojů se často používají v přístrojích výkonové elektroniky a dalších zařízeních, která musí odolávat náročným podmínkám. Tyto konstrukce mají silnější stopy, které mohou přenášet vyšší proudy. Odpadá u nich také nutnost použití lichých délek vodičů. Kromě toho desky plošných spojů s nízkým obsahem mědi umožňují nízkou impedanci stop, ale pravděpodobně se nevyznačují extrémně malou šířkou stop.

Odkryté podložky

Přítomnost tepelného průchodu sníží rozdíl mezi teplotou podložky a okolní roviny. Tepelná vodivost tepelné průchodky se rovněž snižuje, pokud má povrch podkladovou rovinu. Tepelná průchodka umístěná mezi dvěma podložkami bude tvořit malé procento plochy povrchu.

Je velmi důležité minimalizovat množství tepla generovaného výkonovými součástkami na deskách plošných spojů. Z tohoto důvodu by je konstruktéři měli držet dál od rohů a sousedních stop. Měli by také optimalizovat prostor kolem těchto výkonových součástek, což se často děje odhalením výkonových podložek. Tyto typy podložek odvádějí 80% teplo generované pouzdrem integrovaného obvodu spodní částí pouzdra a zbytek se rozptýlí po stranách.

Snížení tepla na deskách plošných spojů mohou konstruktéři pomoci vylepšenými produkty pro řízení tepla. Mezi tyto produkty patří tepelné trubice, chladiče, ventilátory a další. Tyto výrobky mohou pomoci snížit teplotu na desce plošných spojů vedením, pasivní konvekcí a sáláním. Kromě toho mohou konstruktéři zvolit způsob propojení, který sníží teplo vznikající na desce. Běžný přístup s odkrytými deskami povede k více problémům s teplem, než kolik jich vyřeší.

Chladicí ventilátory

Desky s plošnými spoji mohou být vybaveny chladicími ventilátory, které odvádějí teplo z desky. Obecně platí, že desky plošných spojů vyrobené z měděných nebo polyimidových základních materiálů odvádějí teplo rychleji než desky vyrobené z nevodivého základního materiálu. Tyto desky plošných spojů jsou také pružnější a často mají větší plochy pro vedení tepla. Kromě toho umožňují větší prostor mezi výkonnými součástmi.

Správné umístění chladicích ventilátorů pomáhá zlepšit odvod tepla. Správné uspořádání desek plošných spojů umisťuje komponenty s nejvyšším příkonem za chladicí ventilátory. Pomocí průvodce návrhem desek plošných spojů IPC-2221 může konstruktér zjistit doporučené vzdálenosti mezi jednotlivými součástmi.

Tepelně vodivé substráty

Výběr tepelně vodivého substrátu pro návrh desky plošných spojů je důležitým faktorem při návrhu. Může pomoci zlepšit odvod tepla tím, že sníží tepelné namáhání aktivních součástí. Vysoká tepelná vodivost může také eliminovat potřebu rozměrných chladičů nebo ventilátorů.

Tepelně vodivé substráty jsou základními součástmi pro desky plošných spojů, proto je důležité vybrat ty správné. Kromě použití tepelně vodivých substrátů může tepelný přenos snížit také správné geometrické uspořádání součástí. Rozhodující je například vzdálenost mezi stopami. Pokud jsou stopy příliš krátké, mohou způsobit horká místa nebo zhoršit výkon citlivých součástek. Dalším důležitým hlediskem je tloušťka měděných stop. Měli byste zvolit měděné stopy s nízkou impedancí, což sníží množství ztrátového výkonu a produkci tepla.

Použití tepelně vodivých substrátů v návrzích desek plošných spojů může zlepšit odvod tepla a snížit tepelný odpor mezi zařízeními. Použití tepelně vodivých materiálů na spodní straně vývodů čipů může také zvětšit kontaktní plochu mezi nimi, což pomůže zařízením odvádět teplo. Kromě toho lze tepelně vodivé materiály použít pro výplně, které pomáhají snížit tepelný odpor.