PCB Tasarımları ile Isı Yayılımı Nasıl İyileştirilir?

PCB'nizin etkili ve verimli çalışmasını istiyorsanız, bazı tasarım değişikliklerini göz önünde bulundurmalısınız. Isı dağılımını iyileştirmek için bileşen düzeninizi optimize etmeniz gerekir. Bu, PCB'nizin bakır düzlemleri, termal dağılım deliklerini ve lehim maskesi açıklıklarını tam olarak kullanmasına yardımcı olacaktır. Ek olarak, kullandığınız termal direnç kanalının makul olduğundan ve PCB'den sorunsuz ısı çıkışına izin verdiğinden emin olmalısınız.

Termal kanallar

PCB tasarımları ile ısı dağılımını iyileştirmenin yollarından biri termal viaları dahil etmektir. Termal yollar, iki farklı katman arasında ısı transferine izin verme avantajına sahiptir. Daha büyük bir termal yol, ısının hareket etmesi için daha fazla alan sağlayacaktır. Geçmişte, iletken epoksi ile doldurulmuş vialar popülerdi. Ancak bu vialar sadece ekonomik olmamakla kalmaz, aynı zamanda pahalı da olabilirler. Bunun yerine, ücretsiz ve neredeyse aynı derecede etkili olan normal termal viaları kullanmayı düşünün.

Termal yollar sadece cihaz için faydalı olmakla kalmaz, aynı zamanda bağlantı sıcaklığını düşürmeye de yardımcı olurlar. Ayrıca PCB'nin arka tarafında diğer ısı dağıtma yöntemlerine de izin verirler.

Bakır ağırlığı

Bir PCB tasarımı planlanırken bakır ağırlığı önemli bir husustur. Devre kartının toplam kalınlığını arttırır ve genellikle metrekare başına ons cinsinden ölçülür. Ağır bakır kullanan PCB'ler, ayak kare başına 20 oz kadar yüksek ağırlıklara sahip olabilir. Kalınlığa ek olarak, bakır ağırlığı da bir PCB'nin akım taşıma kapasitesinde önemli bir faktördür.

Ağır bakır PCB'ler genellikle güç elektroniği cihazlarında ve zorlu ortamlara dayanması gereken diğer cihazlarda kullanılır. Bu tasarımlar, daha yüksek akımları taşıyabilen daha kalın izlere sahiptir. Ayrıca tek uzunluktaki izlere olan ihtiyacı da ortadan kaldırırlar. Ek olarak, düşük bakırlı PCB'ler düşük bir iz empedansına izin verir, ancak son derece küçük iz genişliklerine sahip olma olasılığı düşüktür.

Açıkta kalan pedler

Termal bir geçişin varlığı, pedin sıcaklığı ile çevreleyen düzlem arasındaki farkı azaltacaktır. Yüzeyin altında yatan bir düzlem varsa termal bir via'nın termal iletkenliği de azalır. İki ped arasına yerleştirilen bir termal via, yüzey alanının küçük bir yüzdesi olacaktır.

PCB'lerdeki güç bileşenleri tarafından üretilen ısı miktarını en aza indirmek çok önemlidir. Bu nedenle tasarımcılar bu bileşenleri köşelerden ve bitişik izlerden uzak tutmalıdır. Ayrıca bu güç bileşenlerinin etrafındaki alanı optimize etmelidirler, bu da genellikle güç pedlerini açığa çıkararak yapılır. Bu tür pedler, bir IC paketi tarafından üretilen ısının 80%'sini paketin altından iletir ve geri kalanı yanlardan dağılır.

PCB'lerdeki ısıyı azaltmaya yardımcı olmak için tasarımcılar gelişmiş ısı yönetimi ürünleri kullanabilir. Bu ürünler arasında ısı boruları, soğutucular, fanlar ve daha fazlası bulunur. Bu ürünler PCB'nin sıcaklığını iletim, pasif konveksiyon ve radyasyon yoluyla azaltmaya yardımcı olabilir. Buna ek olarak, tasarımcılar kart üzerinde üretilen ısıyı azaltacak bir ara bağlantı yöntemi seçebilirler. Yaygın açıkta bırakılan ped yaklaşımı, çözdüğünden daha fazla ısı sorununa yol açacaktır.

Soğutma fanları

PCB'ler, ısıyı karttan uzaklaştırmak için soğutma fanlarının eklenmesinden yararlanabilir. Genel olarak, bakır veya poliimid temel malzemelerle yapılan PCB'ler, iletken olmayan bir temel malzeme ile yapılanlara göre ısıyı daha hızlı dağıtır. Bu PCB'ler aynı zamanda daha esnektir ve genellikle ısı iletimi için daha geniş yüzey alanlarına sahiptir. Ek olarak, yüksek güçlü bileşenler arasında daha fazla alana izin verirler.

Soğutma fanlarının doğru yerleştirilmesi ısı dağılımının iyileştirilmesine yardımcı olur. İyi bir PCB düzeni, en yüksek güç üreten bileşenleri soğutma fanlarından aşağıya yerleştirir. Bir IPC-2221 PCB tasarım kılavuzu kullanarak, bir tasarımcı her bileşen arasında önerilen mesafeleri öğrenebilir.

Termal olarak iletken yüzeyler

PCB tasarımınız için termal olarak iletken bir alt tabaka seçmek, tasarımınızda önemli bir husustur. Aktif bileşenler üzerindeki termal stresi azaltarak ısı dağılımını iyileştirmeye yardımcı olabilir. Yüksek termal iletkenlik, büyük ısı alıcılarına veya fanlara olan ihtiyacı da ortadan kaldırabilir.

Termal olarak iletken alt tabakalar PCB'ler için temel bileşenlerdir, bu nedenle doğru olanları seçmek hayati önem taşır. Termal olarak iletken alt tabakaların kullanılmasına ek olarak, bileşenlerin doğru geometrik düzenlemesi de termal transferi azaltabilir. Örneğin, izler arasındaki boşluk kritiktir. İzler çok kısaysa, sıcak noktalara neden olabilir veya hassas bileşenlerin performansını düşürebilir. Bir diğer önemli husus da bakır iz kalınlığıdır. Düşük empedanslı bakır izleri seçmelisiniz, bu da güç kaybı ve ısı oluşumunu azaltacaktır.

PCB tasarımlarında termal olarak iletken alt tabakaların kullanılması ısı dağılımını iyileştirebilir ve cihazlar arasındaki termal direnci azaltabilir. Çip uçlarının alt kısmında termal olarak iletken malzemeler kullanmak da aralarındaki temas alanını artırarak cihazların ısıyı dağıtmasına yardımcı olabilir. Ek olarak, termal direnci azaltmaya yardımcı olmak için dolgu için termal olarak iletken malzemeler kullanılabilir.