在PCB设计中,电子元件在电流通过时会产生热量,其热量取决于功率、电器设备特性和电路设计等因素。为了防止故障或电路性能不佳,设计师应努力制造能够保持在安全温度范围内的电路板。虽然一些电路可以在没有额外冷却的情况下运行,但在某些情况下,无法避免使用散热片、冷却风扇或多种机制的组合。因此,我们现在将重点放在能够更好地控制和降低最终印制电路板温度的制造实践上。
设计电路板时应考虑以下问题:
1、性能数据和元件尺寸:在设计印制电路板时,需要考虑性能数据和元件的尺寸,以便更好地管理热量。
2、主要散热元件:了解哪些元件会产生更多的热量,并决定最佳的散热机制,通常可以通过制造商的资料表来获取这些信息。
3、PCB尺寸:PCB的大小直接影响其散热性能,需要谨慎考虑。
4、PCB元件材料、布局和放置: PCB元件的材料、布局和放置方式对散热性能有重要影响。
5、外围设备的放置:合理安排外围设备的位置有助于提高整体散热效果。
6、应用环境温度:考虑应用环境的温度,以确保电路板在各种环境条件下都能正常工作。
7、散热量:确定电路板需要散热的具体热量。
8、合适的冷却方法:根据实际需求选择合适的冷却方法,如冷却风扇、散热片等。
最好的做法是根据操作环境优化组件级别的温度。
决定冷却机制时需要考虑的因素:
在决定冷却机制时,需要考虑半导体性能、散热特性等因素,这些信息通常包含在制造商的资料表或技术规格中。同时,对于PCB,自然对流冷却适用于散热量较小的情况,而需要大量散热的PCB则需要使用散热片、散热管、风扇、密集铜箔或多种冷却技术的组合。
如何识别PCB的热问题:
设计师可以使用多种技术来识别潜在问题,包括使用热分析工具、视觉检查和红外热像仪。
热分析:
进行热分析可以帮助确定在不同温度和条件下组件和电路板的行为。该分析为设计师提供了电路中的热产生和传递的概念。
设计师随后可以利用分析和模拟的结果来设计更好地管理热量的技术。
目视检查:
视觉检查是查找过热、烧毁或部分损坏的组件、干接点、电弧等迹象的简便方法。可见的迹象包括膨胀的元件、烧毁的元件和电路板上的变色区域。除了视觉分析外,烧毁电路板的气味也可能表明存在加热问题。
使用红外热像仪:
红外热像仪可用于评估通电原型板的热加热情况,并识别肉眼不可见的过热情况。除了显示过热区域外,热像仪有时还可以识别与原始元件的热特性不同的仿冒或有缺陷的元件。
如何从印刷电路板中移除热量
常见的机制包括散热片、冷却风扇、热管和厚铜层。通常,产生更多热量的电路通常需要多种技术的组合。例如,冷却笔记本电脑的处理器和显示芯片通常需要散热片、热管和风扇的组合。
散热片和冷却风扇
散热片是一种具有大表面积的热导金属组件,通常安装在功率晶体管和开关器件等组件上。散热片将热量从组件中传递并转移至周围区域。特别是对于高电流电源,添加冷却风扇有助于更快地散热。
热管
热管适用于有限空间的紧凑安装。这些管提供可靠且经济高效的被动热传递。其优势包括无振动运行、良好的热导率、低维护成本以及无运动部件,因而运行安静。
一个典型的热管包含少量的氮气、水、丙酮或氨。这些液体有助于吸收热量,然后它们释放蒸汽沿着管道传播。管道上有一个冷凝器,在蒸汽通过时,它重新凝结成液体形式,循环再次开始。
热通孔阵列
另一种方法是通过专门设计的结构将热源与散热器连接,我们称之为热套筒。这些热套筒包含一系列被称为热通孔的通孔,这些通孔位于两个接触表面之间。在这种设计中,确保热源和散热器在热传递的最小阻力点相连接很重要。通过在靠近热源的位置增加镀孔,可以有效降低热阻抗,改善对线路关键部分的热散热性能。
然而,需要注意的是,这种设计可能增加电路板的重量,占据一定的空间,并可能导致制造难度和成本的上升。与没有镀孔的套筒相比,这些镀孔仅在非常接近它们本身的位置产生几度的温差。在工程设计中,需要综合考虑这些因素,以达到最好的散热效果和性能平衡。
左边是没有通孔的外壳,右边是有25个通孔的外壳
厚铜线路
使用更多的铜提供了更大的表面积,有助于分布和散热热量。这样的电路板适用于高功率应用。
这些方法提供了多样化的途径,设计师可以根据特定应用需求选择最合适的热管理技术。
普林电路已有16年的PCB生产制造经验,专业生产各种高多层精密电路板、厚铜板、盲埋孔板、高频板、混合层压板、金属基板、软硬结合板等,如有需要,您可以随时联系我们。
