7 ключевых методов термического управления ПКБ: повышение надежности в автомобильной, светодиодной и промышленной продукции

Источник изображения: Интернет

Содержимое

• Ключевые моменты.
• Значение теплового управления ПХБ
• 7 Основные методы теплового управления ПКБ
• Реальные приложения и тематические исследования
• Проблемы и соображения
• Советы по эффективному управлению ПХБ
• Часто задаваемые вопросы

Ключевые моменты.
1В таких высокомощных приложениях, как автомобильные, светодиодные и промышленные продукты, эффективное тепловое управление ПКБ имеет решающее значение для обеспечения надежности компонентов и продления срока службы продукта.
2Сочетание таких методов, как использование материалов с высокой теплопроводностью, оптимизация макетов ПКБ,и внедрение активных и пассивных методов охлаждения может значительно улучшить рассеивание тепла.
3Тепловое управление не только предотвращает перегрев, но и повышает общую производительность электронных устройств.

Значение теплового управления ПХБ

В современной электронике энергоемкие компоненты становятся все меньше и плотнее.высокопроизводительные полупроводники в инверторах электромобилей (EV) и процессорах передовых систем помощи водителю (ADAS) генерируют значительное теплоВ светодиодном освещении светодиоды высокой яркости должны эффективно рассеивать тепло, чтобы поддерживать свою световую эффективность.также сталкивается с значительными тепловыми проблемами.

Чрезмерное нагревание может привести к деградации компонентов, сокращению срока службы и даже к отказу системы.Эффективное управление тепловыми показателями ПКБ имеет важное значение для поддержания компонентов в пределах оптимального диапазона температуры работы..

7 Основные методы теплового управления ПКБ

1ПКБ с высокой теплопроводностью

ПХБ на основе алюминия являются экономически эффективными и широко используются в светодиодном освещении из-за их способности рассеивать тепло от светодиодов.подходят для применения, когда необходимо быстро передавать большое количество теплаПХБ на основе керамики обладают превосходными тепловыми и электрическими свойствами, что делает их идеальными для суровой среды.

2Термальные каналы.
Тепловые провода - это небольшие отверстия в ПХБ, заполненные высокопроводящим материалом, обычно медью.передача тепла от горячих компонентов на поверхности во внутренние слои или теплоотводыСоздавая вертикальный тепловой путь, тепловые каналы могут значительно уменьшить тепловое сопротивление.такие как мощные MOSFET в автомобильной электронике или светодиоды высокой яркости, может эффективно оттягивать тепло от источника.

3Теплоотводы.
Теплоотводы - это теплопроводящие конструкции, обычно изготовленные из алюминия или меди, которые соединены с высокомощными компонентами.позволяет более эффективно передавать тепло в окружающий воздухВ автомобильных ЭСУ (электронных блоках управления) и промышленных панелях управления теплоотводы обычно используются для охлаждения процессоров и силовых транзисторов.включая количество плавников, высота плавника и расстояние между плавниками могут быть оптимизированы для различных приложений для максимальной передачи тепла.

4Тепловые интерфейсные материалы (TIM)
Для заполнения пробелов между компонентами и теплоотводами или ПКБ используются ТМИ, такие как тепловая паста, тепловые подушки и материалы для изменения фаз.Они улучшают тепловой контакт, уменьшая тепловое сопротивление на интерфейсеВ светодиодных модулях тепловые подушки часто используются для передачи тепла от светодиодного штампа на алюминиевую подложку.высокопроизводительные тепловые пасты наносятся между пакетом полупроводников и теплоотводом для повышения эффективности теплопередачи.

5. Оптимизация макетов ПКБ
Размещение компонентов: высокомощные компоненты должны быть расположены вблизи краев ПКБ для лучшего воздушного потока или вблизи теплоотводов.энергоемкие компоненты, такие как IGBT (изолированные биполярные транзисторы в EV инверторах), размещаются в местах с хорошей вентиляциейТеплочувствительные компоненты следует держать подальше от источников, генерирующих высокую температуру.
Медные плоскости и следы: увеличение толщины медных плоскостей и следов может улучшить их способность распространять тепло.толстые следы меди используются для переноса высоких токов и рассеивания теплаКроме того, создание больших зон для разлива меди вокруг мощных компонентов может помочь распределить тепло более равномерно.

6. Принудительное охлаждение воздухом (Вентиляторы)
Вентиляторы могут использоваться для повышения конвективной теплопередачи.вентиляторы установлены, чтобы дунуть воздух над PCBСкорость и направление воздушного потока можно контролировать для оптимизации охлаждения.Вентиляторы расположены стратегически, чтобы гарантировать, что все компоненты, особенно мощные процессоры и графические процессоры, эффективно охлаждаются.

7- Жидкостное охлаждение.
Системы жидкостного охлаждения, такие как холодильные плиты, используются в приложениях, где требуется высокое рассеивание энергии.Для охлаждения системы управления аккумуляторами и силовой электроники используются холодильные пластины с жидкостным охлаждениемЖидкость, обычно смесь воды и гликола, поглощает тепло от компонентов и передает его в радиатор для рассеивания.Жидкостное охлаждение обеспечивает более высокую скорость передачи тепла по сравнению с методами охлаждения воздухом, что делает его подходящим для применения с высокой мощностью и ограниченным пространством.

Реальные применения и примеры

1Автомобиль: В системе управления аккумуляторами электромобилей (BMS) используется комбинация ПКБ на основе меди, тепловых каналов и холодильных плит с жидкостным охлаждением.Медные ПКБ эффективно переносят тепло из батарейных ячеек на холодильную пластинуЭто обеспечивает безопасную и эффективную работу BMS, увеличивая срок службы батареи.

2.LED освещение: В высокопроизводительном светодиодном уличном светильнике используется алюминиевый ПКБ с теплоотводами и тепловыми подушками.теплоотводы увеличивают площадь поверхности для рассеивания тепла в воздух, и тепловые подушки улучшают тепловой контакт между светодиодами и печатными пластинами, что приводит к более долговечному и более эффективному светодиодному уличному освещению.

3Промышленный: в высокомощном промышленном инверторе, керамические ПКБ на основе, теплоотводы и принудительное охлаждение воздухом объединены.теплоотводы помогают рассеивать тепло от полупроводников, а система принудительного охлаждения воздухом обеспечивает непрерывное и эффективное охлаждение во время работы инвертора.

Проблемы и соображения

1Стоимость: высокопроизводительные материалы и компоненты для теплового управления, такие как ПКБ на основе керамики и передовые системы жидкостного охлаждения, могут быть дорогими.Дизайнерам необходимо соотнести затраты с требованиями к производительности.

2Ограничения пространства: в компактных электронных устройствах найти место для теплоотводов, вентиляторов или жидкостных охлаждающих компонентов может быть проблемой.Планировка PCB должна быть тщательно оптимизирована, чтобы максимально использовать доступное пространство.

3.Надежность: дополнительные компоненты и системы, используемые для теплового управления, такие как вентиляторы, должны быть надежными. Неисправность системы охлаждения может привести к перегреву и повреждению компонентов.

Советы по эффективному управлению ПХБ

1.Термосимуляция: используйте программное обеспечение для теплового моделирования, такое как ANSYS Icepak или FloTHERM, на этапе проектирования для прогнозирования распределения тепла и оптимизации конструкции теплового управления.
2.Выбор компонентов: по возможности выбирайте компоненты с меньшим потреблением энергии и лучшими тепловыми характеристиками.
3.Регулярное обслуживание: в применении с вентиляторами или системами жидкостного охлаждения необходимо обеспечить регулярное обслуживание, чтобы охлаждающая система работала эффективно.

Часто задаваемые вопросы
Какой наиболее эффективный метод управления теплом?
Не существует универсального решения. Наиболее эффективный метод зависит от потребности в электроэнергии приложения, ограничений пространства и ограничений затрат. Во многих случаяхлучшим подходом является сочетание методов.

Могу ли я использовать тепловые провода в гибкой пластинке?
Да, но требуются особые соображения: гибкие печатные платы с тепловыми проводами требуют тщательной конструкции, чтобы гарантировать, что они могут выдерживать изгиб и сохранять теплопроводность.

Как выбрать подходящий водоотвод для своего применения?
Учитывайте такие факторы, как расход энергии компонента, доступное пространство, рабочая среда (например, температура, влажность) и требуемая производительность охлаждения.Производители теплоотводов обычно предоставляют информационные листы, чтобы помочь в выборе.

Подводя итог, эффективное тепловое управление ПКБ - это многогранный подход, который сочетает в себе выбор материала, дизайн макетов и методы охлаждения.Проектировщики могут значительно улучшить надежность и производительность автомобильных, светодиодов и промышленных изделий, обеспечивая их бесперебойную работу даже при высоких температурах.