ในการออกแบบ PCB ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์จะสร้างความร้อนเมื่อกระแสผ่านผ่านซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นพลังงานลักษณะอุปกรณ์ไฟฟ้าและการออกแบบวงจร แม้ว่าบางวงจรอาจทำงานได้โดยไม่ต้องระบายความร้อนเพิ่มเติม แต่ในบางสถานการณ์อาจต้องมีการรวมกันของอ่างล้างจานความร้อนพัดลมระบายความร้อนหรือกลไกหลายอย่าง
เมื่อออกแบบแผงวงจรควรพิจารณาปัญหาต่อไปนี้:
1. ข้อมูลประสิทธิภาพและขนาดส่วนประกอบ: เมื่อออกแบบแผงวงจรจำเป็นต้องพิจารณาข้อมูลประสิทธิภาพและขนาดส่วนประกอบเพื่อจัดการความร้อนได้ดีขึ้น
2. ส่วนประกอบการกระจายความร้อนหลัก: การทำความเข้าใจว่าส่วนประกอบใดที่สร้างความร้อนมากขึ้นและการพิจารณากลไกการกระจายความร้อนที่ดีที่สุดโดยปกติจะสามารถรับได้ผ่านแผ่นข้อมูลของผู้ผลิต
3. ขนาด PCB: ขนาดของ PCB ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการกระจายความร้อนและจำเป็นต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ
4. วัสดุส่วนประกอบ PCB เค้าโครงและตำแหน่ง: วัสดุเค้าโครงและการจัดวางส่วนประกอบ PCB มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการกระจายความร้อน
5. การจัดวางอุปกรณ์ต่อพ่วง: การจัดตำแหน่งของอุปกรณ์ต่อพ่วงอย่างสมเหตุสมผลสามารถช่วยปรับปรุงผลการกระจายความร้อนโดยรวม
6. อุณหภูมิสภาพแวดล้อมการใช้งาน: พิจารณาอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการใช้งานเพื่อให้แน่ใจว่าแผงวงจรสามารถทำงานได้อย่างเหมาะสมภายใต้สภาพแวดล้อมที่หลากหลาย
7. การกระจายความร้อน: กำหนดปริมาณความร้อนเฉพาะที่แผงวงจรจำเป็นต้องกระจายไป
8. วิธีการระบายความร้อนที่เหมาะสม: เลือกวิธีการระบายความร้อนที่เหมาะสมตามความต้องการที่แท้จริงเช่นพัดลมระบายความร้อน, อ่างล้างมือร้อน ฯลฯ
วิธีที่ดีที่สุดคือการเพิ่มประสิทธิภาพอุณหภูมิที่ระดับส่วนประกอบตามสภาพแวดล้อมการทำงาน
ปัจจัยที่ต้องพิจารณาเมื่อพิจารณากลไกการระบายความร้อน:
ปัจจัยที่ต้องพิจารณารวมถึงประสิทธิภาพของเซมิคอนดักเตอร์และลักษณะการกระจายความร้อนซึ่งโดยทั่วไปจะรวมอยู่ในแผ่นข้อมูลของผู้ผลิตหรือข้อกำหนดทางเทคนิค
สำหรับ PCBS การระบายความร้อนแบบพาความร้อนตามธรรมชาติเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีการกระจายความร้อนต่ำในขณะที่ PCBs ที่ต้องใช้การกระจายความร้อนจำนวนมากต้องใช้อ่างล้างมือความร้อนท่อความร้อนพัดลมฟอยล์ทองแดงหนาแน่นหรือการรวมกันของเทคโนโลยีการระบายความร้อนหลายอย่าง
จะระบุปัญหาความร้อนกับ PCB ได้อย่างไร?
นักออกแบบสามารถใช้เทคนิคต่าง ๆ เพื่อระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นรวมถึงการใช้เครื่องมือวิเคราะห์ความร้อนการตรวจสอบด้วยภาพและกล้องอินฟราเรด
การตรวจสอบด้วยภาพ:
การตรวจสอบด้วยภาพเป็นวิธีที่สะดวกสำหรับการค้นหาสัญญาณของความร้อนสูงเกินไปการเผาไหม้หรือความเสียหายบางส่วนกับส่วนประกอบหน้าสัมผัสแห้งอาร์ค ฯลฯ สัญญาณที่มองเห็นได้รวมถึงส่วนประกอบบวมส่วนประกอบที่ถูกเผาไหม้และพื้นที่เปลี่ยนสีบนแผงวงจร นอกเหนือจากการวิเคราะห์ด้วยภาพแล้วกลิ่นของแผงวงจรเผาอาจบ่งบอกถึงการมีปัญหาเรื่องความร้อน
การวิเคราะห์ความร้อน:
โดยการวิเคราะห์ความร้อนเราสามารถเข้าใจประสิทธิภาพของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และแผงวงจรภายใต้อุณหภูมิและเงื่อนไขที่แตกต่างกัน การวิเคราะห์นี้ช่วยให้นักออกแบบเข้าใจว่าสร้างความร้อนและถ่ายเทในวงจรได้อย่างไร นักออกแบบสามารถใช้ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์และการจำลองเหล่านี้เพื่อปรับปรุงเทคนิคและออกแบบวิธีการที่ดีกว่าสำหรับการควบคุมและการจัดการความร้อน
ใช้อิมเมจความร้อนอินฟราเรด:
อิมเมจความร้อนด้วยอินฟราเรดสามารถใช้ในการตรวจจับการกระจายอุณหภูมิของแผงวงจรระหว่างการทำงานและระบุสภาพความร้อนสูงเกินไปที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า นอกเหนือจากการแสดงพื้นที่ที่มีความร้อนสูงเกินไปบางครั้งอิมเมจความร้อนของอินฟราเรดสามารถระบุส่วนประกอบปลอมหรือข้อบกพร่องที่มีลักษณะความร้อนที่แตกต่างกันจากส่วนประกอบดั้งเดิม
จะกระจายความร้อนออกจากแผงวงจรได้อย่างไร?
วิธีการทั่วไป ได้แก่ อ่างล้างมือความร้อนพัดลมระบายความร้อนท่อความร้อนและชั้นทองแดงหนา โดยปกติแล้ววงจรที่สร้างความร้อนมากขึ้นต้องใช้การผสมผสานของเทคโนโลยีหลายอย่าง ตัวอย่างเช่นการระบายความร้อนโปรเซสเซอร์และชิปแสดงของแล็ปท็อปมักจะต้องมีการผสมผสานระหว่างอ่างล้างจานความร้อนท่อความร้อนและพัดลม
ครีบระบายความร้อนและพัดลมระบายความร้อน
อ่างล้างจานเป็นส่วนประกอบโลหะนำไฟฟ้าที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่โดยทั่วไปจะติดตั้งบนส่วนประกอบต่าง ๆ เช่นทรานซิสเตอร์พลังงานและอุปกรณ์สลับ Sink Heat Sink ถ่ายโอนความร้อนจากส่วนประกอบไปยังพื้นที่โดยรอบ การเพิ่มพัดลมระบายความร้อนจะช่วยกระจายความร้อนได้เร็วขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแหล่งจ่ายไฟกระแสสูง
ท่อความร้อน
ท่อความร้อนเหมาะสำหรับการติดตั้งขนาดกะทัดรัดในพื้นที่ จำกัด หลอดเหล่านี้ให้การถ่ายเทความร้อนแบบพาสซีฟที่เชื่อถือได้และประหยัดต้นทุน ข้อดีของมันรวมถึงการทำงานที่ปราศจากการสั่นสะเทือนการนำความร้อนที่ดีค่าบำรุงรักษาต่ำและไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวส่งผลให้เกิดการทำงานที่เงียบสงบ ท่อความร้อนทั่วไปมีไนโตรเจนน้ำอะซิโตนหรือแอมโมเนียจำนวนเล็กน้อย ของเหลวเหล่านี้ช่วยดูดซับความร้อนจากนั้นปล่อยไอน้ำที่แพร่กระจายไปตามท่อ มีคอนเดนเซอร์บนท่อซึ่งควบแน่นกลับเป็นรูปแบบของเหลวเมื่อไอน้ำผ่านและวัฏจักรจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง
อาร์เรย์ที่ร้อนผ่านรู
อีกวิธีหนึ่งคือการเชื่อมต่อแหล่งความร้อนกับอ่างล้างจานผ่านโครงสร้างที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งเราเรียกว่าแขนเสื้อความร้อน แขนเสื้อความร้อนเหล่านี้มีชุดของรูผ่านที่เรียกว่า Vias Thermal Vias ซึ่งอยู่ระหว่างพื้นผิวสัมผัสสองตัว ในการออกแบบนี้เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งความร้อนและหม้อน้ำเชื่อมต่อที่จุดต้านทานขั้นต่ำสำหรับการถ่ายเทความร้อน ด้วยการเพิ่มรูชุบใกล้กับแหล่งความร้อนความต้านทานความร้อนสามารถลดลงได้อย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของส่วนสำคัญของวงจรสามารถปรับปรุงได้
อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าการออกแบบนี้อาจเพิ่มน้ำหนักของแผงวงจรครอบครองพื้นที่จำนวนหนึ่งและอาจนำไปสู่ความยากลำบากในการผลิตและค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับแขนเสื้อที่ไม่มีรูชุบหลุมชุบเหล่านี้จะสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิเพียงไม่กี่องศาใกล้กับตำแหน่งของตัวเอง ในการออกแบบทางวิศวกรรมมีความจำเป็นที่จะต้องพิจารณาปัจจัยเหล่านี้อย่างครอบคลุมเพื่อให้ได้ความสมดุลที่ดีที่สุดระหว่างการกระจายความร้อนและประสิทธิภาพ
ทางด้านซ้ายคือเปลือกที่ไม่มีรูพรุน ทางด้านขวาคือปลอกที่มี 25 ผ่านหลุม
ลวดทองแดงหนา
การใช้ทองแดงมากขึ้นให้พื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นซึ่งจะช่วยกระจายและกระจายความร้อน แผงวงจรประเภทนี้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง
วิธีการเหล่านี้ให้วิธีการที่หลากหลายสำหรับนักออกแบบในการเลือกเทคโนโลยีการจัดการความร้อนที่เหมาะสมที่สุดตามข้อกำหนดเฉพาะของแอปพลิเคชัน