6 Dulliau Dylunio Thermol PCB

1. Ehangu Arwynebedd Copr ac Arllwysiad Copr Ardal Fawr

Egwyddor Graidd: Mae gan gopr ddargludedd thermol o tua 401 W/(m·K), filoedd o weithiau'n uwch na swbstrad FR-4 (~0.3 W/(m·K)). Mae ehangu arwynebedd ffoil copr o amgylch cydrannau cynhyrchu gwres yn creu croestoriad mwy ar gyfer gwasgaru gwres ac yn lleihau ymwrthedd thermol cyffordd-i-amgylchedd yn effeithiol.

Pwyntiau Allweddol Peirianneg:

Rhaid i binnau pŵer a daear o ICs gwres-ddwys gysylltu'n uniongyrchol ag awyrennau copr mawr; osgoi olion cul sy'n cyfyngu ar lif gwres.

Arllwyswch gopr ar haenau uchaf a gwaelod a'u cyplu'n thermol trwy gyfrwng vias i gyflawni dyblu trwch copr cyfatebol.

Nid yw arllwysiad copr mwy bob amser yn sicrhau buddion cymesur. Mae enillion thermol yn lleihau y tu hwnt i 3-5 gwaith maint y sglodion. Cydbwyso perfformiad thermol yn erbyn EMI a chywirdeb signal.

Ar gyfer dyfeisiau BGA / QFN gyda padiau thermol gwaelod, cynnal copr parhaus heb segmentu yn uniongyrchol o dan y sglodion.

2. Arae Vias Thermol

Egwyddor Graidd: Pan fydd pad thermol cydran ar yr haen uchaf tra bod afradu gwres mawr yn digwydd ar yr haenau gwaelod neu fewnol, mae gwrthiant thermol fertigol yn cael ei ddominyddu gan FR-4 dielectrig. Mae vias thermol yn ffurfio sianeli copr ar draws haenau PCB, gan drosglwyddo gwres yn gyflym o badiau ochr uchaf i sinciau copr neu wres haen isaf. Maent yn cynrychioli un o'r ffyrdd mwyaf effeithiol o ostwng ymwrthedd thermol fertigol.

Pwyntiau Allweddol Peirianneg:

Mae maint yn bwysicach na diamedr sengl. Mae vias bach lluosog yn perfformio'n well nag un trwyn mawr. Gweithredu nodweddiadol: vias diamedr 0.3-0.5 mm wedi'u trefnu mewn araeau gyda thraw 1.0-1.5 mm o dan badiau thermol.

Atal sodr wicking: vias glanio yn uniongyrchol ar padiau gall dynnu i ffwrdd sodr. Ar gyfer cynhyrchu màs, mabwysiadwch VIPPO (Via-in-Pad Plated-Over) gyda thrwy lenwi a chapio copr.

Pâr o vias thermol gyda daear haen fewnol solet neu awyrennau pŵer i adeiladu strwythur afradu gwres 3-D sy'n cyfuno vias ac awyrennau.

Ar gyfer dyfeisiau uwchlaw defnydd pŵer 5 W, defnyddiwch o leiaf 9 vias thermol a dilyswch y canlyniadau trwy efelychu thermol.

3. Pad Thermol a Phad Agored (EPAD)

Egwyddor Graidd: Mae pecynnau fel QFN, DFN a SOIC-EP yn cynnwys pad marw metelaidd agored ar y gwaelod sydd wedi'i gysylltu'n uniongyrchol â'r marw sglodion. Mae pad copr cyfatebol wedi'i ddylunio ar PCB yn caniatáu i wres ddianc o gefn y sglodion yn hytrach na dim ond trwy lidiau cydrannau.

Pwyntiau Allweddol Peirianneg:

Rhaid i ddimensiwn PCB EPAD ddilyn argymhellion taflen ddata, fel arfer ychydig yn fwy (ymyl 0.1-0.25 mm ar bob ochr) na pad agored y pecyn.

Llwybr EPAD i awyrennau copr mawr yr haen isaf neu'r haen fewnol trwy araeau thermol; Mae copr haen uchaf yn unig yn darparu gallu oeri cyfyngedig.

Dylunio stensil gydag agoriadau bach lluosog (yn lle un agorfa fawr solet) dros EPAD i reoli cyfaint past solder ac atal cydran rhag arnofio neu bontio.

Gall EPAD sydd wedi'i weithredu'n dda gyflawni ymwrthedd thermol mor isel â 1-2 gradd / W, gan ddarparu perfformiad cost uchel ar gyfer dylunio thermol.

4. PCB Metal-Craidd (MCPCB / Alwminiwm-Sylfaen PCB)

Egwyddor Graidd: Mae gan swbstradau safonol FR-4 ddargludedd thermol gwael. Mae MCPCB yn defnyddio alwminiwm neu gopr fel y craidd gyda haen deuelectrig denau sy'n dargludo'n thermol (50-100 μm). Mae ei ddargludedd thermol cyffredinol yn cyrraedd 1-8 W / (m·K), lawer gwaith yn uwch na FR-4. Trosglwyddiadau gwres o badiau cydrannau trwy haen deuelectrig i graidd metel ac yna i amgaead.

Pwyntiau Allweddol Peirianneg:

Cymwysiadau nodweddiadol: goleuadau LED pŵer uchel, electroneg modurol, modiwlau pŵer. Mae rheoli tymheredd cyffordd LED yn dibynnu'n fawr ar PCBs sylfaen alwminiwm.

Haen dielectrig yw'r brif dagfa thermol. Blaenoriaethu dargludedd thermol dielectrig yn hytrach na chanolbwyntio ar ddeunydd metel sylfaen yn unig wrth ddewis cydrannau.

Cost uwch na FR-4. Mae angen cymhleth trwy brosesu oherwydd craidd metel dargludol; Mae MCPCB aml-haen yn dechnegol heriol.

Dewis arall: darn arian copr rhannol / mewnosodiad copr wedi'i fewnosod y tu mewn i fyrddau FR-4 ar gyfer cost gytbwys a pherfformiad thermol.

5. Sinciau Gwres Allanol a Deunyddiau Rhyngwyneb Thermol (TIM)

Egwyddor Graidd: Pan fydd afradu gwres PCB-cynhenid ​​yn cyrraedd terfynau, rhaid dargludo gwres i sinciau gwres allanol mwy. Mae cydrannau cynhyrchu gwres neu gopr PCB ochr gefn yn cysylltu â sinciau gwres trwy TIMs, gan lenwi bylchau microsgopig a disodli aer (dargludedd thermol aer ~0.026 W/(m·K), dargludydd gwres gwael).

6. Optimeiddio Cynllun Cydran a Dylunio Duct Awyr

Egwyddor Graidd: Mae'r pum dull blaenorol yn canolbwyntio ar ddargludiad gwres. Yn y pen draw, mae'n rhaid i wres afradloni i'r amgylchedd trwy ddarfudiad ac ymbelydredd. Gall cynllun priodol a dyluniad llif aer leihau ymwrthedd thermol system yn sylweddol heb gost BOM ychwanegol.

Crynodeb: Meddwl Systematig ar gyfer Dylunio Thermol

Nid pentyrru triciau unigol yn unig yw dyluniad thermol PCB, ond optimeiddio systematig ar draws y gadwyn ymwrthedd thermol lawn:

Cyffordd sglodion → Pecyn → Pad Sodro → Copr PCB → Vias / Craidd Metel → Sinc Gwres → Amgylchedd Amgylchynol

Mae angen gwerthusiad meintiol ar wrthwynebiad thermol pob segment. Llif gwaith a argymhellir:

Amcangyfrif defnydd pŵer a thymheredd cyffordd uchaf a ganiateir ar gyfer pob dyfais cynhyrchu gwres.

Cyfrifwch gyfanswm ymwrthedd thermol a ganiateir: θ_JA=(T_Jmax − T_Ambient) / P_max.

Dyrannu cyllideb ymwrthedd thermol ar gyfer pecyn, PCB a sinc gwres a nodi tagfeydd.

Cyfuno dulliau a grybwyllir uchod. EPAD ynghyd â vias thermol ynghyd â chopr haen isaf fawr sy'n cynnig y llinell sylfaen fwyaf cost-effeithiol. Ychwanegu sinciau gwres neu fyrddau craidd metel ar gyfer senarios pŵer uchel.

Dilysu trwy efelychiad thermol (FloTHERM, ANSYS Icepak ac ati) a graddnodi gyda mesuriadau delweddu thermol isgoch.