Jak zlepšit odvod tepla pomocí návrhů desek plošných spojů

If you want your PCB to work effectively and efficiently, then you should consider some design changes. To improve heat dissipation, you need to optimize your component layout. This will help your PCB to fully utilize copper planes, thermal dissipation holes, and solder mask openings. In addition, you should ensure that the thermal resistance channel you use is reasonable, allowing smooth heat export from the PCB.

Thermal vias

One of the ways to improve heat dissipation with PCB designs is to include thermal vias. Thermal vias have the advantage of allowing the transfer of heat between two different layers. A larger thermal via will provide more space for heat to move. In the past, vias filled with conductive epoxy were popular. But these vias are not only uneconomical, but they can also be expensive. Instead, consider using regular thermal vias, which are free, and almost as effective.

Thermal vias are not only beneficial to the device, but they also help to lower the junction temperature. They also allow for other methods of heat dissipation on the backside of the PCB.

Copper weight

Copper weight is an important consideration when planning a PCB design. It increases the overall thickness of the circuit board and is usually measured in ounces per square foot. PCBs that use heavy copper can have weights as high as 20 oz per square foot. In addition to thickness, copper weight is also a major factor in the current carrying capacity of a PCB.

Heavy-copper PCBs are often used in power electronics gadgets and other devices that must withstand severe environments. These designs feature thicker traces that can carry higher currents. They also eliminate the need for odd-length traces. In addition, low-copper PCBs will allow a low trace impedance, but are unlikely to feature extremely small trace widths.

Exposed pads

The presence of a thermal via will reduce the difference between the temperature of the pad and the surrounding plane. The thermal conductivity of a thermal via is also reduced if the surface has an underlying plane. A thermal via placed between two pads will be a small percentage of the surface area.

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.