Üçüncü sınıfımda, ekibimle birlikte kendi PCB’mizi tasarlamamız gereken bir akıllı araba yarışmasına katıldığımızı hâlâ hatırlıyorum. Yarışmaya katılmamıza sadece iki hafta kala, arabanın son hata ayıklama sürecinde, arabanın hareket edemediğini görünce çok şaşırdık; bu bizim için kötü bir haberdi. Yapılan dikkatli incelemede, PCB’nin yerel aşırı ısınma nedeniyle arızalandığını bulduk, bu da yarışmadan önce PCB’yi yeniden tasarlamamız ve ısı dağılımına daha fazla dikkat etmemiz gerektiği anlamına geliyordu. Kısacası, bir kart ısıyı dağıtacak şekilde tasarlanmamışsa, işletim sorunları veya hatta tamamen arızalanma ile karşılaşabilir. Bu nedenle, tasarımınızda yeterli PCB ısı dağıtım tekniklerini kullandığınızdan emin olmak önemlidir. İşte bir sonraki projenizde size yardımcı olacak 3 önemli ipucu.
İpucu 1: Yüksek Isı Üreten Cihazlara Soğutucu, Boru, Soğutma Fanı veya Radyatör Ekleyin
Bir PCB’de birkaç (3 veya daha az) ısı üreten cihaz varsa, ısıtma elemanına bir soğutucu veya ısı borusu eklenebilir. Sıcaklık yeterince düşürülemezse, ısı dağıtım etkisini artırmak için bir soğutma fanı faydalı olabilir. Isıtma cihazlarının sayısı fazla olduğunda (3’ten fazla), PCB üzerindeki ısıtma cihazının konumuna ve yüksekliğine göre özelleştirilmiş büyük bir soğutucu (kart) veya farklı bileşen yükseklik pozisyonlarına kesilmiş büyük düz bir radyatör kullanılabilir. Isı dağıtım kapağı, elemanın yüzeyine bütünleşik olarak kilitlenir ve her elemanla temas ederek ısıyı dağıtır. Ancak, bileşenlerin montajı ve lehimlenmesi sırasında yükseklik tutarsızlığı nedeniyle ısı dağıtım etkisi iyi değildir. Genellikle, ısı dağıtım etkisini artırmak için bileşen yüzeyine yumuşak bir termal faz değişim termal pedi eklenir.
İpucu 2: Etkili Isı Dağıtımı için PCB Düzeni Tasarımı
Isının dağıtımını kontrol etmek için ek maliyet olmadan kullanılabilecek birçok PCB tasarım tekniği vardır. İşte bir sonraki tasarımınızda aklınızda bulundurmanız gereken bazı ipuçları:
Sıcaklığa duyarlı cihazlar, en düşük sıcaklık bölgelerine (örneğin, cihazın alt kısmına) yerleştirilmelidir. Asla ısıtma cihazının hemen üzerine yerleştirilmemelidir. Birden fazla cihazın yatay düzlemde kaydırılarak yerleştirilmesi en iyisidir.
Aynı baskılı devre kartındaki ısı kaynakları, ısı çıkış derecesine göre birbirinden mümkün olduğunca uzak yerleştirilmelidir. Düşük ısı üreten bileşenler veya düşük termal dirence sahip parçalar (örneğin, küçük sinyal transistörleri, küçük entegre devreler, elektrolitik kapasitörler vb.) soğutma fanının yukarısına yerleştirilebilirken, yüksek ısı üreten cihazlar veya yüksek termal dirence sahip cihazlar (örneğin, güç transistörleri, büyük ölçekli entegre devreler vb.) soğutma akışının aşağısına yerleştirilmelidir.
Sıcaklık ölçüm cihazları, en doğru ölçüm için en sıcak bölgeye yerleştirilmelidir.
En yüksek güç tüketimi ve ısı çıkışı olan cihaz, ısı dağıtımının en optimal olduğu yere yerleştirilmelidir. Yüksek ısı üreten cihazları, yakınında bir soğutucu yoksa baskılı devre kartının köşelerine ve kenarlarına yerleştirmeyin. Güç dirençlerini tasarlarken, mümkün olduğunca daha büyük bir cihaz seçin ve baskılı devre kartının düzenini ayarlarken ısı dağıtımı için yeterli alan bırakın.
Ekipman içindeki ısı dağıtımı büyük ölçüde cihaz içindeki hava akışına bağlıdır, bu nedenle tasarımda hava sirkülasyonu incelenmeli ve bileşenler veya baskılı devre kartları uygun şekilde yapılandırılmalıdır.
Yatay yönde, yüksek güçlü cihazlar ısı transfer yolunu kısaltmak için baskılı devre kartının kenarına mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir. Dikey yönde, daha yüksek bileşenlerin ısıya duyarlı parçalara hava yansıması veya engellenmesi etkisi dikkate alınmalıdır.
Serbest konveksiyon hava soğutması kullanan cihazlar için, entegre devrelerin (veya diğer cihazların) uzunlamasına veya enine sırayla düzenlenmesi tercih edilir.
Isı iletimi ve daha geniş bir alanda ısı dağıtımını artırmak için termal pedler ve via’lar ekleyin. Isı kaynağına ne kadar yakın olurlarsa o kadar iyi olur. Via’lar, ısıyı kartın diğer tarafındaki topraklama yüzeylerine iletmek için kullanılabilir; bu, PCB üzerinde ısının eşit şekilde dağıtılmasına yardımcı olabilir.
İpucu 3: Isı İletkenliğini ve Dağıtımını İyileştirmek için PCB Malzemeleri ve Özellikleri Seçin
Yalnızca düzen teknikleri termal yönetim hedeflerini karşılayamıyorsa, daha maliyetli çözümler düşünülmelidir. Çeşitli PCB malzemeleri ve özellikleri, genel olarak ısıyı dağıtmaya yardımcı olabilir, ancak maliyeti önemli ölçüde artırabilir veya tasarım üzerinde başka etkileri olabilir.
– Standart PCB altlığı, FR4, çok düşük bir ısı iletkenliğine sahiptir. Birçok yüksek güçlü LED içeren yüksek güç uygulamaları için alüminyum PCB’ler veya metal çekirdekli kartlar düşünülebilir. Ancak, bu PCB tasarımını tek katmanla sınırlayabilir.
– Bakır ağırlığını artırmak, yüksek güç izleri için ısı dağıtımına yardımcı olabilir. Ancak, bakır ne kadar kalın olursa, izler arası mesafe ve iz genişliklerini sıkılaştırmak o kadar zorlaşır.
– Via’ların daha büyük hacmi, katmanlar arasındaki ısı transferine yardımcı olur. Bu nedenle, geçmişte, iletken epoksi ile doldurulmuş via’lar popülerdi. Ancak, bu çok az fayda sağlar ve sürecin yüksek maliyeti nadiren buna değerdir. Normal termal via’lar hem ücretsizdir hem de neredeyse aynı etkilidir.
Özetle, PCB üzerinde sıcak nokta yoğunluğundan kaçının, gücü mümkün olduğunca eşit dağıtın ve PCB yüzey sıcaklığını tutarlı ve uniform tutmaya çalışın. Tasarım sürecinde katı bir eşit dağılım sağlamak genellikle zordur, ancak aşırı güç yoğunluğuna sahip alanlardan kaçınılmalıdır. Sonuç olarak, tasarımınızdaki uygun termal yönetim, daha güvenilir ve ekonomik cihazlar üretmenize yardımcı olacaktır. Seeed, elektronik ürün geliştirme ve üretim endüstrisinde 10 yıldan fazla bir süredir faaliyet göstermektedir ve büyük bir üretim deneyimi biriktirmiştir. Daha fazla tasarım ipucu ve püf noktası için ücretsiz Üretim için Tasarım kılavuzunu kontrol edin.