No design da PCB, os componentes eletrônicos geram calor quando a corrente passa por eles, o que depende de fatores como energia, características do equipamento elétrico e projeto de circuito. Embora alguns circuitos possam operar sem resfriamento adicional, em determinadas situações, pode ser necessária uma combinação de dissipadores de calor, ventiladores de resfriamento ou vários mecanismos.
Ao projetar uma placa de circuito, os seguintes problemas devem ser considerados:
1. Dados de desempenho e tamanho do componente: Ao projetar uma placa de circuito, é necessário considerar dados de desempenho e tamanho do componente para gerenciar melhor o calor.
2. Componentes principais de dissipação de calor: entender quais componentes geram mais calor e determinar o mecanismo ideal de dissipação de calor geralmente pode ser obtido através da folha de dados do fabricante.
3. Tamanho da PCB: O tamanho do PCB afeta diretamente seu desempenho de dissipação de calor e precisa ser cuidadosamente considerado.
4. Materiais de componentes da PCB, layout e colocação: os materiais, o layout e a colocação dos componentes da PCB têm um impacto significativo no desempenho da dissipação de calor.
5. Colocação de dispositivos periféricos: organizar razoavelmente a posição dos dispositivos periféricos pode ajudar a melhorar o efeito geral de dissipação de calor.
6. Temperatura do ambiente do aplicativo: Considere a temperatura do ambiente de aplicação para garantir que a placa de circuito possa funcionar corretamente sob várias condições ambientais.
7. Dissipação de calor: determine a quantidade específica de calor que a placa de circuito precisa se dissipar.
8. Método de resfriamento apropriado: Escolha o método de resfriamento apropriado de acordo com as necessidades reais, como ventiladores de resfriamento, dissipadores de calor, etc.
A melhor abordagem é otimizar a temperatura no nível do componente com base no ambiente operacional.
Fatores a serem considerados ao determinar o mecanismo de resfriamento:
Os fatores a serem considerados incluem o desempenho dos semicondutores e as características de dissipação de calor, que normalmente são incluídas nas folhas de dados do fabricante ou nas especificações técnicas.
Para PCBs, o resfriamento natural de convecção é adequado para situações com baixa dissipação de calor, enquanto os PCBs que exigem uma grande quantidade de dissipação de calor requerem o uso de dissipadores de calor, tubos de calor, ventiladores, folhas de cobre densas ou uma combinação de múltiplas tecnologias de refrigeração.
Como identificar problemas térmicos com PCBs?
Os designers podem usar várias técnicas para identificar possíveis problemas, incluindo o uso de ferramentas de análise térmica, inspeção visual e câmeras infravermelhas.
Inspeção visual:
A inspeção visual é um método conveniente para procurar sinais de superaquecimento, queima ou danos parciais a componentes, contatos secos, arcos, etc. Os sinais visíveis incluem componentes inchados, componentes queimados e áreas descoloridas na placa de circuito. Além da análise visual, o cheiro das placas de circuito queimado também pode indicar a presença de problemas de aquecimento.
Análise térmica:
Ao realizar análises térmicas, podemos entender o desempenho de componentes eletrônicos e placas de circuito sob diferentes temperaturas e condições. Essa análise ajuda os designers a entender como o calor é gerado e transferido em circuitos. Os designers podem usar os resultados dessas análises e simulações para melhorar as técnicas e projetar melhores métodos para controlar e gerenciar o calor.
Usando um imager térmico infravermelho:
Os imagens térmicas infravermelhas podem ser usadas para detectar a distribuição de temperatura das placas de circuito durante a operação e identificar condições de superaquecimento que não são visíveis a olho nu. Além de exibir áreas superaquecidas, os imagens térmicas infravermelhas às vezes podem identificar componentes falsificados ou defeituosos com diferentes características térmicas dos componentes originais.
Como dissipar o calor da placa de circuito?
Os métodos comuns incluem dissipadores de calor, ventiladores de resfriamento, tubos de calor e camadas espessas de cobre. Geralmente, os circuitos que geram mais calor requerem uma combinação de múltiplas tecnologias. Por exemplo, resfriar o processador e o chip de exibição de um laptop normalmente requer uma combinação de dissipadores de calor, tubos de calor e ventiladores.
Barbatanas refrescantes e fãs de refrigeração
Um dissipador de calor é um componente metálico condutor termicamente com uma grande área de superfície, normalmente instalada em componentes como transistores de potência e dispositivos de comutação. O dissipador de calor transfere calor do componente para a área circundante. Adicionar um ventilador de resfriamento ajuda a dissipar o calor mais rapidamente, especialmente para fontes de alimentação de alta corrente.
tubo de calor
Os tubos de calor são adequados para instalação compacta em espaços limitados. Esses tubos fornecem transferência de calor passiva confiável e econômica. Suas vantagens incluem operação livre de vibração, boa condutividade térmica, baixos custos de manutenção e sem peças móveis, resultando em operação silenciosa. Um tubo de calor típico contém pequenas quantidades de nitrogênio, água, acetona ou amônia. Esses líquidos ajudam a absorver o calor e, em seguida, liberam vapor que se propaga ao longo do oleoduto. Há um condensador no oleoduto, que se condensa de volta à forma líquida quando o vapor passa, e o ciclo começa novamente.
Array quente de orifício
Outro método é conectar a fonte de calor à dissipação de calor através de uma estrutura especialmente projetada, que chamamos de manga de calor. Essas mangas térmicas contêm uma série de orifícios chamados VIAS térmicos, localizados entre duas superfícies de contato. Nesse design, é importante garantir que a fonte de calor e o radiador estejam conectados no ponto de resistência mínima para a transferência de calor. Ao adicionar orifícios banhados perto da fonte de calor, a impedância térmica pode ser efetivamente reduzida e o desempenho da dissipação de calor das partes importantes do circuito pode ser melhorado.
No entanto, deve -se notar que esse projeto pode aumentar o peso da placa de circuito, ocupar uma certa quantidade de espaço e pode levar ao aumento da dificuldade e custo da fabricação. Comparados às mangas sem orifícios, esses orifícios geram apenas alguns graus de diferença de temperatura muito próximos de suas próprias posições. No projeto de engenharia, é necessário considerar abrangente esses fatores para alcançar o melhor equilíbrio entre dissipação de calor e desempenho.
À esquerda está a concha sem um buraco À direita, há um invólucro com 25 penos
Fio de cobre grosso
O uso de mais cobre fornece uma área de superfície maior, o que ajuda a distribuir e dissipar o calor. Este tipo de placa de circuito é adequado para aplicações de alta potência.
Esses métodos fornecem abordagens diversas para os designers escolherem a tecnologia de gerenciamento térmico mais adequado com base em requisitos de aplicativos específicos.