PCB 설계로 열 방출을 개선하는 방법

PCB가 효과적이고 효율적으로 작동하기를 원한다면 몇 가지 설계 변경을 고려해야 합니다. 열 방출을 개선하려면 부품 레이아웃을 최적화해야 합니다. 이렇게 하면 PCB가 구리 평면, 방열 구멍 및 솔더 마스크 개구부를 최대한 활용할 수 있습니다. 또한 사용하는 열 저항 채널이 합리적인지 확인하여 PCB에서 열을 원활하게 배출할 수 있도록 해야 합니다.

열 비아

PCB 설계에서 열 방출을 개선하는 방법 중 하나는 열 비아를 포함하는 것입니다. 써멀 비아는 서로 다른 두 레이어 간에 열을 전달할 수 있다는 장점이 있습니다. 써멀 비아가 클수록 열이 이동할 수 있는 공간이 더 넓어집니다. 과거에는 전도성 에폭시로 채워진 비아가 널리 사용되었습니다. 하지만 이러한 비아는 비경제적일 뿐만 아니라 가격도 비쌀 수 있습니다. 대신 무료이며 거의 동일한 효과를 내는 일반 써멀 비아를 사용하는 것이 좋습니다.

써멀 비아는 장치에 유익할 뿐만 아니라 접합부 온도를 낮추는 데도 도움이 됩니다. 또한 PCB 뒷면에 다른 방법으로 열을 방출할 수 있습니다.

구리 무게

구리 무게는 PCB 설계를 계획할 때 중요한 고려 사항입니다. 구리는 회로 기판의 전체 두께를 증가시키며 일반적으로 평방 피트당 온스 단위로 측정됩니다. 무거운 구리를 사용하는 PCB의 무게는 평방 피트당 20온스까지 올라갈 수 있습니다. 두께 외에도 구리 무게는 PCB의 전류 전달 용량에 영향을 미치는 주요 요소입니다.

헤비 구리 PCB는 가혹한 환경을 견뎌야 하는 전력 전자 기기 및 기타 장치에 자주 사용됩니다. 이러한 설계는 더 높은 전류를 전달할 수 있는 더 두꺼운 트레이스가 특징입니다. 또한 홀수 길이의 트레이스가 필요하지 않습니다. 또한 저구리 PCB는 낮은 트레이스 임피던스를 허용하지만 트레이스 폭이 매우 작을 가능성이 높습니다.

노출된 패드

열 비아가 있으면 패드와 주변 면의 온도 차이를 줄일 수 있습니다. 표면에 밑면이 있는 경우 열 비아의 열전도율도 감소합니다. 두 패드 사이에 배치된 열 비아는 표면 면적의 작은 비율을 차지합니다.

PCB의 전력 부품에서 발생하는 열을 최소화하는 것이 중요합니다. 따라서 설계자는 모서리와 인접한 흔적에서 멀리 떨어져 있어야 합니다. 또한 이러한 전원 부품 주변 영역을 최적화해야 하는데, 이는 종종 전원 패드를 노출하여 수행됩니다. 이러한 유형의 패드는 IC 패키지에서 발생하는 열의 80%를 패키지 바닥을 통해 전도하고 나머지는 측면을 통해 발산합니다.

PCB의 열을 줄이기 위해 설계자는 향상된 열 관리 제품을 사용할 수 있습니다. 이러한 제품에는 히트 파이프, 히트싱크, 팬 등이 포함됩니다. 이러한 제품은 전도, 수동 대류 및 복사를 통해 PCB의 온도를 낮추는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 설계자는 보드에서 발생하는 열을 줄일 수 있는 상호 연결 방법을 선택할 수 있습니다. 일반적인 노출형 패드 접근 방식은 해결하는 것보다 더 많은 열 문제를 야기할 수 있습니다.

냉각 팬

PCB는 보드에서 열을 제거하기 위해 냉각 팬을 추가하면 이점을 얻을 수 있습니다. 일반적으로 구리 또는 폴리이미드 기본 재료로 만든 PCB는 비전도성 기본 재료로 만든 PCB보다 열을 더 빨리 방출합니다. 또한 이러한 PCB는 더 유연하고 열 전도를 위한 표면적이 더 넓은 경우가 많습니다. 또한 고전력 부품 사이에 더 많은 공간을 확보할 수 있습니다.

냉각 팬을 적절히 배치하면 열 방출을 개선하는 데 도움이 됩니다. 좋은 PCB 레이아웃은 가장 높은 전력을 생성하는 부품을 냉각 팬의 하류에 배치합니다. 설계자는 IPC-2221 PCB 설계 가이드를 사용하여 각 구성 요소 간의 권장 거리를 확인할 수 있습니다.

열 전도성 기판

PCB 설계에 열 전도성 기판을 선택하는 것은 설계에서 중요한 고려 사항입니다. 열 전도성 기판은 능동 부품의 열 스트레스를 줄여 열 방출을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 열전도율이 높으면 부피가 큰 방열판이나 팬이 필요하지 않을 수도 있습니다.

열 전도성 기판은 PCB의 필수 구성 요소이므로 올바른 기판을 선택하는 것이 중요합니다. 열 전도성 기판을 사용하는 것 외에도 부품의 올바른 기하학적 배열을 통해 열 전달을 줄일 수 있습니다. 예를 들어 트레이스 사이의 간격이 중요합니다. 트레이스가 너무 짧으면 핫스팟이 발생하거나 민감한 부품의 성능이 저하될 수 있습니다. 또 다른 중요한 고려 사항은 구리 트레이스 두께입니다. 임피던스가 낮은 구리 트레이스를 선택해야 전력 손실과 열 발생량을 줄일 수 있습니다.

PCB 설계에 열 전도성 기판을 사용하면 열 방출을 개선하고 장치 간의 열 저항을 줄일 수 있습니다. 칩 리드 바닥에 열 전도성 소재를 사용하면 칩 리드 사이의 접촉 면적을 넓혀 디바이스의 열 방출을 도울 수 있습니다. 또한 열 전도성 소재를 충전재로 사용하여 열 저항을 줄일 수 있습니다.