Wie man die Wärmeableitung mit PCB-Designs verbessert

Wenn Sie möchten, dass Ihre Leiterplatte effektiv und effizient arbeitet, sollten Sie einige Designänderungen in Betracht ziehen. Um die Wärmeableitung zu verbessern, müssen Sie Ihr Komponentenlayout optimieren. Auf diese Weise kann Ihre Leiterplatte die Kupferflächen, Wärmeableitungslöcher und Lötmaskenöffnungen vollständig nutzen. Darüber hinaus sollten Sie sicherstellen, dass der von Ihnen verwendete Wärmewiderstandskanal angemessen ist und eine reibungslose Wärmeabfuhr von der Leiterplatte ermöglicht.

Thermische Durchkontaktierungen

Eine der Möglichkeiten zur Verbesserung der Wärmeableitung bei Leiterplattenentwürfen ist die Einbeziehung von thermischen Durchkontaktierungen. Thermische Durchkontaktierungen haben den Vorteil, dass sie die Übertragung von Wärme zwischen zwei verschiedenen Schichten ermöglichen. Ein größeres thermisches Durchgangsloch bietet mehr Platz für die Wärmeabfuhr. In der Vergangenheit waren mit leitfähigem Epoxidharz gefüllte Durchkontaktierungen sehr beliebt. Diese Durchkontaktierungen sind jedoch nicht nur unwirtschaftlich, sondern können auch teuer sein. Ziehen Sie stattdessen die Verwendung normaler thermischer Durchkontaktierungen in Betracht, die kostenlos und fast genauso effektiv sind.

Thermische Durchkontaktierungen sind nicht nur für das Gerät von Vorteil, sondern tragen auch zur Senkung der Sperrschichttemperatur bei. Sie ermöglichen auch andere Methoden der Wärmeableitung auf der Rückseite der Leiterplatte.

Gewicht von Kupfer

Das Gewicht des Kupfers ist ein wichtiger Faktor bei der Planung eines Leiterplattenentwurfs. Es erhöht die Gesamtdicke der Leiterplatte und wird normalerweise in Unzen pro Quadratfuß gemessen. Leiterplatten, die schweres Kupfer verwenden, können ein Gewicht von bis zu 20 Unzen pro Quadratfuß haben. Neben der Dicke ist das Kupfergewicht auch ein wichtiger Faktor für die Strombelastbarkeit einer Leiterplatte.

Leiterplatten aus dickem Kupfer werden häufig in Geräten der Leistungselektronik und anderen Geräten verwendet, die schwierigen Umgebungsbedingungen standhalten müssen. Diese Designs weisen dickere Leiterbahnen auf, die höhere Ströme übertragen können. Sie machen auch Leiterbahnen mit ungerader Länge überflüssig. Außerdem ermöglichen Leiterplatten mit niedrigem Kupfergehalt eine niedrige Leiterbahnimpedanz, weisen aber wahrscheinlich keine extrem kleinen Leiterbahnbreiten auf.

Freiliegende Pads

Das Vorhandensein einer Durchkontaktierung verringert den Unterschied zwischen der Temperatur des Pads und der umgebenden Ebene. Die Wärmeleitfähigkeit einer Durchkontaktierung wird ebenfalls verringert, wenn die Oberfläche eine darunter liegende Ebene hat. Ein zwischen zwei Pads platziertes Wärmeleitkabel macht nur einen kleinen Prozentsatz der Oberfläche aus.

Es ist von entscheidender Bedeutung, die von Leistungskomponenten auf Leiterplatten erzeugte Wärmemenge zu minimieren. Aus diesem Grund sollten die Designer sie von Ecken und angrenzenden Leiterbahnen fernhalten. Außerdem sollten sie den Bereich um diese Leistungskomponenten herum optimieren, was häufig durch freiliegende Leistungspads geschieht. Solche Pads leiten 80% der von einem IC-Gehäuse erzeugten Wärme über die Unterseite des Gehäuses ab, während der Rest über die Seiten abgeleitet wird.

Um die Wärmeentwicklung auf Leiterplatten zu reduzieren, können Designer verbesserte Wärmemanagementprodukte verwenden. Zu diesen Produkten gehören Wärmerohre, Kühlkörper, Lüfter und mehr. Diese Produkte können dazu beitragen, die Temperatur der Leiterplatte durch Leitung, passive Konvektion und Strahlung zu senken. Darüber hinaus können die Designer eine Verbindungsmethode wählen, die die Wärmeentwicklung auf der Leiterplatte reduziert. Der übliche Ansatz mit freiliegenden Pads führt zu mehr Wärmeproblemen als er löst.

Kühlung der Ventilatoren

Leiterplatten können von zusätzlichen Lüftern profitieren, die die Wärme von der Leiterplatte ableiten. Im Allgemeinen leiten Leiterplatten mit Kupfer- oder Polyimid-Basismaterialien die Wärme schneller ab als solche mit einem nicht leitenden Basismaterial. Diese Leiterplatten sind auch flexibler und haben oft eine größere Oberfläche für die Wärmeableitung. Außerdem bieten sie mehr Platz zwischen den Hochleistungskomponenten.

Die richtige Platzierung von Lüftern trägt zu einer besseren Wärmeableitung bei. Ein gutes PCB-Layout platziert die Komponenten mit dem höchsten Stromverbrauch stromabwärts von den Lüftern. Mit Hilfe des IPC-2221 PCB-Design-Leitfadens kann ein Designer die empfohlenen Abstände zwischen den einzelnen Komponenten herausfinden.

Thermisch leitfähige Substrate

Die Wahl eines wärmeleitenden Substrats für Ihr Leiterplattendesign ist eine wichtige Überlegung bei Ihrem Entwurf. Es kann dazu beitragen, die Wärmeableitung zu verbessern, indem es die thermische Belastung der aktiven Komponenten reduziert. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit kann auch den Bedarf an sperrigen Kühlkörpern oder Lüftern beseitigen.

Wärmeleitende Trägermaterialien sind wesentliche Komponenten für Leiterplatten, daher ist es wichtig, die richtigen auszuwählen. Neben der Verwendung wärmeleitfähiger Substrate kann auch die richtige geometrische Anordnung der Komponenten die Wärmeübertragung verringern. So ist beispielsweise der Abstand zwischen den Leiterbahnen entscheidend. Sind die Leiterbahnen zu kurz, können sie Hot Spots verursachen oder die Leistung empfindlicher Komponenten beeinträchtigen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Dicke der Kupferbahnen. Sie sollten Kupferleiterbahnen mit niedriger Impedanz wählen, die den Leistungsverlust und die Wärmeentwicklung verringern.

Die Verwendung von wärmeleitenden Substraten in Leiterplattendesigns kann die Wärmeableitung verbessern und den Wärmewiderstand zwischen den Geräten verringern. Die Verwendung von wärmeleitenden Materialien auf der Unterseite von Chip-Leitungen kann auch die Kontaktfläche zwischen ihnen vergrößern und so die Wärmeableitung der Geräte unterstützen. Darüber hinaus können wärmeleitende Materialien für Füllungen verwendet werden, um den Wärmewiderstand zu verringern.