בעיצוב PCB, רכיבים אלקטרוניים מייצרים חום כאשר הזרם עובר דרכם, התלוי בגורמים כמו כוח, מאפייני ציוד חשמלי ועיצוב מעגלים. למרות שמסרים מסוימים עשויים לפעול ללא קירור נוסף, במצבים מסוימים, יתכן ויהיה צורך בשילוב של כיורי חום, מאווררי קירור או מנגנונים מרובים.
בעת תכנון לוח מעגלים, יש לקחת בחשבון את הנושאים הבאים:
1. נתוני ביצועים וגודל רכיב: בעת תכנון לוח מעגלים, יש לקחת בחשבון נתוני ביצועים וגודל רכיב על מנת לנהל טוב יותר חום.
2. רכיבי פיזור חום עיקריים: הבנה באילו רכיבים מייצרים יותר חום וקביעת מנגנון פיזור החום האופטימלי בדרך כלל ניתן להשיג דרך גיליון הנתונים של היצרן.
3. גודל PCB: גודל ה- PCB משפיע ישירות על ביצועי פיזור החום שלו וצריך לשקול בזהירות.
4. חומרים רכיבים PCB, פריסה ומיקום: החומרים, הפריסה והמיקום של רכיבי PCB משפיעים משמעותית על ביצועי פיזור החום.
5. מיקום מכשירים היקפיים: סידור סביר של מיקום המכשירים ההיקפיים יכול לעזור בשיפור אפקט פיזור החום הכולל.
6. טמפרטורת סביבת היישום: שקול את הטמפרטורה של סביבת היישום כדי להבטיח כי לוח המעגל יכול לתפקד כראוי בתנאים סביבתיים שונים.
7. פיזור חום: קבע את כמות החום הספציפית שלוח המעגל צריך להתפוגג.
8. שיטת קירור מתאימה: בחר את שיטת הקירור המתאימה לפי צרכים בפועל, כמו מאווררי קירור, כיורי חום וכו '.
הגישה הטובה ביותר היא לייעל את הטמפרטורה ברמת הרכיב על בסיס סביבת ההפעלה.
גורמים שיש לקחת בחשבון בעת קביעת מנגנון הקירור:
הגורמים שיש לקחת בחשבון כוללים ביצועי מוליכים למחצה ומאפייני פיזור חום, הנכללים בדרך כלל בגיליונות הנתונים של היצרן או במפרט הטכני של היצרן.
עבור PCB, קירור הסעה טבעי מתאים למצבים עם פיזור חום נמוך, ואילו PCBs הדורשים כמות גדולה של פיזור חום דורשים שימוש בכיורי חום, צינורות חום, מאווררים, נייר נחושת צפוף או שילוב של טכנולוגיות קירור מרובות.
כיצד לזהות בעיות תרמיות עם PCB?
מעצבים יכולים להשתמש בטכניקות שונות כדי לזהות בעיות פוטנציאליות, כולל שימוש בכלי ניתוח תרמי, בדיקה חזותית ומצלמות אינפרא אדום.
בדיקה חזותית:
בדיקה חזותית היא שיטה נוחה לחיפוש אחר סימני חימום יתר, שריפה או נזק חלקי לרכיבים, קשרים יבשים, קשתות וכו '. בנוסף לניתוח חזותי, ריח של לוחות מעגלים שרופים עשוי להצביע גם על נוכחות של בעיות חימום.
ניתוח תרמי:
על ידי ביצוע ניתוח תרמי, אנו יכולים להבין את הביצועים של רכיבים אלקטרוניים ולוחות מעגלים תחת טמפרטורות ותנאים שונים. ניתוח זה מסייע למעצבים להבין כיצד נוצר חום ומועבר במעגלים. לאחר מכן מעצבים יכולים להשתמש בתוצאות של ניתוחים והדמיות אלה כדי לשפר את הטכניקות ולעיצוב שיטות טובות יותר לבקרה וניהול חום.
באמצעות תמונה תרמית אינפרא אדום:
ניתן להשתמש בתמונות תרמיות אינפרא אדום כדי לאתר את חלוקת הטמפרטורה של לוחות מעגלים במהלך הפעולה ולזהות תנאים מחממים יתר שאינם נראים לעין בלתי מזוינת. בנוסף להצגת אזורים מחוממים יתר על המידה, תמונות תרמיות אינפרא אדום יכולות לפעמים לזהות רכיבים מזויפים או פגומים עם מאפיינים תרמיים שונים מהרכיבים המקוריים.
כיצד לפזר חום מלוח המעגל?
שיטות נפוצות כוללות כיורי חום, מאווררי קירור, צינורות חום ושכבות נחושת עבות. בדרך כלל, מעגלים המייצרים יותר חום דורשים שילוב של טכנולוגיות מרובות. לדוגמה, קירור המעבד והשבב התצוגה של מחשב נייד דורש בדרך כלל שילוב של כיורי חום, צינורות חום ומאווררים.
סנפירי קירור ומאווררי קירור
גוף חום הוא רכיב מתכת מוליך תרמית עם שטח פנים גדול, המותקן בדרך כלל על רכיבים כמו טרנזיסטורי כוח ומכשירי מיתוג. כיור החום מעביר חום מהמרכיב לסביבה. הוספת מאוורר קירור עוזרת להתפוגג מהר יותר, במיוחד עבור ספקי כוח זרם גבוה.
צינור חום
צינורות חום מתאימים להתקנה קומפקטית בחללים מוגבלים. צינורות אלה מספקים העברת חום פסיבית אמינה וחסכונית. היתרונות שלה כוללים פעולה ללא רטט, מוליכות תרמית טובה, עלויות תחזוקה נמוכות וללא חלקים נעים, וכתוצאה מכך פעולה שקטה. צינור חום טיפוסי מכיל כמויות קטנות של חנקן, מים, אצטון או אמוניה. נוזלים אלה עוזרים לספוג חום, ואז הם משחררים אדים שמתפשטים לאורך הצינור. יש צינור קבל על הצינור, המתעבה בחזרה לצורה נוזלית כאשר הקיטור עובר, והמחזור מתחיל שוב.
מערך חור דרך חור
שיטה נוספת היא לחבר את מקור החום לכיור החום דרך מבנה מעוצב במיוחד, אותו אנו מכנים שרוול חום. שרוולים תרמיים אלה מכילים סדרה של חורים דרך חורים הנקראים vias תרמיים, שנמצאים בין שני משטחי מגע. בתכנון זה, חשוב להבטיח שמקור החום והרדיאטור מחוברים בנקודת ההתנגדות המינימלית להעברת חום. על ידי הוספת חורים מצופים ליד מקור החום, ניתן להפחית ביעילות את העכבה התרמית וניתן לשפר את ביצועי פיזור החום של חלקי המפתח במעגל.
עם זאת, יש לציין כי תכנון זה עשוי להגדיל את משקל לוח המעגל, לתפוס כמות מסוימת של שטח ועלול להוביל להגברת קושי הייצור והעלות. בהשוואה לשרוולים ללא חורים מצופים, חורים מצופים אלה מייצרים רק כמה דרגות של הפרש טמפרטורה קרוב מאוד לעמדותיהם שלהם. בתכנון הנדסי, יש לקחת בחשבון באופן מקיף גורמים אלה כדי להשיג את האיזון הטוב ביותר בין פיזור החום לביצועים.
משמאל הקליפה ללא חור דרך מימין מארז עם 25 דרך חורים
חוט נחושת עבה
השימוש בנחושת רבה יותר מספק שטח פנים גדול יותר, המסייע בהפצה ולפיזור חום. לוח מעגלים מסוג זה מתאים ליישומים בעלי עוצמה גבוהה.
שיטות אלה מספקות גישות מגוונות עבור מעצבים לבחור את טכנולוגיית הניהול התרמית המתאימה ביותר המבוססת על דרישות יישום ספציפיות.