Wärmeableitungstechniken

Wenn Sie Leiterplatten (PCBs) für verschiedene Geräte und Geräte erstellen müssen, sollten Sie vor allem darauf achten, wie gut sie Wärme ableiten. Indem Sie die Wärme in Leiterplatten richtig abführen, können Sie sie vor Leistungseinbußen und Totalausfällen durch Übertemperaturen schützen. Jedes PCB, in das Sie investieren, sollte mit geeigneten Wärmeableitungsfunktionen ausgestattet sein, um sicherzustellen, dass es nicht überhitzt und Ihnen eine konstante Leistung bietet.

Erfahren Sie mehr darüber, warum Wärme ein Problem ist, und einige Tipps zur Wärmeableitung von Leiterplatten.

Warum Hitze bei Leiterplatten ein Problem ist

Immer wenn ein Strom durch elektronische Bauteile fließt, steigt die thermische Belastung. Die Wärmemenge, die die elektronische Komponente erzeugt, hängt vom Schaltungsdesign, der Leistungsmenge und den Geräteeigenschaften ab. Sie werden oft feststellen, dass schlecht montierte Komponenten, externe Elemente, unzureichende Belüftung und unsachgemäße Montage dazu führen, dass Leiterplatten überhitzen.

Obwohl Leiterplatten mit einiger Hitze umgehen können, können Übertemperaturen einige große Probleme verursachen. Einige negative Auswirkungen auf PCBs durch übermäßige Hitze umfassen Unterbrechungen von Schaltkreisleitungen, Oxidation von Komponenten, Verlust der strukturellen Integrität und inkompatible Materialausdehnungsraten. Diese Effekte können dazu führen, dass die Leistung einer Leiterplatte nachlässt. Wenn die Leiterplatte über einen längeren Zeitraum zu viel Hitze ausgesetzt wird, beginnt die Leiterplatte zu versagen und kann sogar vollständig ausfallen, was zu dauerhaften Schäden an der Leiterplatte führen kann.

Wärmeableitungstechniken

Da übermäßige Wärme einige erhebliche Probleme verursachen kann, möchten Sie wahrscheinlich, dass Ihre Leiterplatte Wärmeableitungseigenschaften aufweist. Wenn Sie Wärme von Ihren Leiterplatten abführen möchten, können Sie sich auf einige verschiedene Wärmeableitungstechniken verlassen. Beispielsweise kann das Hinzufügen von Kühlkörpern und Lüftern eine hervorragende Möglichkeit sein, Wärme abzuleiten.

Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie Wärme in PCBs ableiten können, indem Sie sich unten einige grundlegende Techniken ansehen:

1. Kühlgebläse und Kühlkörper hinzufügen

Kühlkörper sind wärmeleitende metallische Teile mit einer großen Oberfläche, und PCB-Designer verwenden sie häufig, um Wärme abzuleiten. Üblicherweise sind diese Teile an wärmeerzeugenden Komponenten wie Schaltgeräten angebracht. Nach dem Anbringen ermöglicht ein Kühlkörper der Komponente, Wärme an andere Bereiche zu übertragen und Wärme über die große Oberfläche des Kühlkörpers abzuleiten.

Neben dem Einsatz von Kühlkörpern in Ihren PCBs und anderen Komponenten in Ihrem Gerät können Sie Kühllüfter hinzufügen. Diese Lüfter leiten einen Strom kühler Luft in Ihr Gerät, um Wärme schnell abzuleiten und zu verhindern, dass sie sich aufbaut. Im Allgemeinen werden Lüfter für Hochstrom-Netzteile verwendet, da sie zu einer effizienteren und schnelleren Wärmeabfuhr beitragen.

2. Verwenden Sie dicke Kupferspuren

Wenn Sie eine Leiterplatte für Hochleistungsanwendungen benötigen, ist das Hinzufügen dicker und schwerer Kupferleiterbahnen normalerweise die richtige Wahl. Durch die Verwendung dicker Kupferbahnen erhält die Wärme eine größere Oberfläche zur Wärmeverteilung und -ableitung.

3. Investieren Sie in Heatpipes

Wenn Sie eine Leiterplatte in einem kompakten Gerät mit begrenztem Platz installiert haben, können Heatpipes bei der Wärmeableitung der Leiterplatte helfen. Diese Rohre tragen dazu bei, Wärme mit Flüssigkeiten wie kleinen Mengen Ammoniak, Wasser, Aceton oder Stickstoff zu absorbieren. Nachdem die Flüssigkeit die Wärme absorbiert hat, gibt das Rohr dann Dampf ab. Dieser Dampf fließt das Rohr hinunter, bis er einen Kondensator erreicht, der den Dampf dann in eine flüssige Form kondensiert, wodurch das Rohr kontinuierlich zirkulieren kann.

Aufgrund der Fähigkeit eines Heatpipes, Wärme einfach zu übertragen, entscheiden sich Unternehmen, die nach einer kostengünstigen und zuverlässigen passiven Übertragung suchen, häufig für sie. Wenn diese Rohre installiert sind, haben Ihre Geräte eine bessere Wärmeleitfähigkeit und erfordern nicht viel Wartung. Diese Pfeifen sind außerdem sehr leise, da keine beweglichen Teile vorhanden sind, und sie sind vibrationsfrei.

4. Wählen Sie die richtigen Board-Materialien

Eine weitere Technik für eine bessere Wärmeableitung ist die Auswahl von Plattenmaterialien, die am besten zum Abführen von Wärme geeignet sind. Einige PCB-Materialien haben nicht die erforderlichen Eigenschaften, um mit extremer Hitze fertig zu werden. Wenn Sie wissen, dass Ihr Gerät hohen Temperaturen ausgesetzt wird, ist es wichtig, Materialien mit wärmeableitenden Eigenschaften auszuwählen.

Die Verwendung einer Polyimidbasis ist oft eine gute Wahl für die Wärmeableitung. Flex-Leiterplatten haben dünnere und flexiblere Materialien, die ein größeres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ermöglichen. Aluminium-Leiterplatten, eine Art Metallkernplatine, sind aufgrund ihrer dielektrischen Schicht eine weitere hervorragende Wahl für die Wärmeableitung. Diese Schicht hilft, Wärme zu absorbieren und auf die Aluminiumschicht zu übertragen, wo die Wärme effektiv verteilt wird. Diese Aluminium-Leiterplatten sind für Hochleistungsanwendungen von Vorteil. Bei Hochtemperaturprojekten bieten Kupferleiterplatten die beste Wärmeableitung und Wärmeleitfähigkeit.

Eine effektive nichtmetallische Option sind keramische Leiterplatten. Keramische PCBs bestehen typischerweise entweder aus Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid und eignen sich für Anwendungen, die eine hohe Hitzebeständigkeit und Hochfrequenzverbindungen erfordern. Neben einer hohen Wärmeleitfähigkeit haben sie einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, große Vielseitigkeit und Beständigkeit gegen chemische Erosion, sodass sie in zahlreichen Umgebungen gut funktionieren.

5. Verwenden Sie Thermal Via Arrays

Thermische Via-Arrays sind eine weitere ausgezeichnete Wahl für die Wärmeableitung und tragen dazu bei, die Fläche und Masse von Kupfer zu vergrößern. Durch die Vergrößerung der Masse und Fläche des Kupfers hat ein Gerät einen geringeren Wärmewiderstand. Thermische Via-Arrays bieten auch eine größere Wärmeableitung für kritische Komponenten, da sie eine bessere Leitung ermöglichen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Wärme abzuleiten und den thermischen Widerstand zu reduzieren, verwenden Unternehmen häufig thermische Via-Arrays in der Nähe von Wärmequellen, um eine verbesserte Leistung zu erzielen.

Thermische Via-Arrays sind beliebt bei Unternehmen, die Kühlkörper von ihrer Leiterplatte entfernen möchten. Thermische Via-Arrays können in bestimmten Anwendungen mit einem Pad kombiniert werden, um Wärme von einem Gerät wegzuleiten. Diese Kombination verbessert die Wärmeableitung der Leiterplatte und macht gleichzeitig Kühlkörper überflüssig.

6. Implementierung der Copper Coin-Technologie

Kupfermünzen sind kleine Kupferstücke, die in die Leiterplatte eingebettet sind. Sie werden normalerweise direkt unter einem Bauteil platziert, das viel Wärme erzeugt. Sie nutzen die überlegene Wärmeleitfähigkeit von Kupfer, um Wärme von der Komponente direkt zum Kühlkörper zu leiten. Kupfermünzen sind eine großartige Möglichkeit, Wärme abzuleiten und werden häufig verwendet, wenn Sie eine kleine Anzahl von Komponenten haben, die den größten Teil der Wärme erzeugen.

Diese lokalisierte Lösung gibt es in einigen verschiedenen Formen, einschließlich T-Coins, I-Coins und C-Coins, die Sie je nach Form des Gebiets verwenden würden. Nach dem Fräsen wird die Münze in einen PCB-Steckplatz eingebettet und für eine dichte Verbindung laminiert und metallisiert.

7. Optimieren Sie das PCB-Layout

Wenn ein Unternehmen eine Leiterplatte entwirft, verlässt es sich oft auf einige bewährte Methoden, um sicherzustellen, dass das Layout der Leiterplatte Wärme effektiv abführt. Einige Praktiken umfassen das Platzieren temperaturempfindlicher Teile in den niedrigeren Temperaturbereichen eines Geräts, z. B. an der Unterseite, und das Vermeiden, sie auf Heizgeräten zu installieren. Designer werden auch mehrere Teile versetzt auf einer horizontalen Ebene platzieren, um eine bessere Belüftung zu gewährleisten. Wenn ein Unternehmen die Temperatur seiner Leiterplatte besser im Auge behalten möchte, platziert es das Thermometer für genaue Messungen an der heißesten Stelle.

Ein hervorragendes PCB-Layout stellt sicher, dass die Wärmequellen am weitesten voneinander entfernt installiert werden, um einen übermäßigen Wärmestau zu vermeiden. Wenn eine Leiterplatte über einen Lüfter verfügt, ist es für Designer auch eine gute Idee, wärmeerzeugende Komponenten stromabwärts des Lüfters zu platzieren, während sie weniger wärmeerzeugende Teile stromaufwärts des Lüfters installieren. Erfahrene PCB-Designer untersuchen die Luftzirkulation der PCB und platzieren stark wärmeerzeugende Geräte je nach Luftstrom in dem entsprechenden Bereich.

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Bei Millennium Circuits Limited (MCL) beraten und beliefern wir unsere Kunden regelmäßig mit Leiterplatten mit außergewöhnlicher Wärmeableitung. Da wir wissen, wie sich Hitze negativ auf eine Leiterplatte auswirken kann, arbeiten wir während der Prototyping- und Konstruktionsphase sehr sorgfältig mit unseren Kunden zusammen, um sicherzustellen, dass alle Leiterplatten, die wir unseren Kunden zur Verfügung stellen, für ihre benötigte Anwendung geeignet sind und nicht anfällig für Überhitzung sind. Da wir uns die Zeit nehmen, die Bedürfnisse unserer Kunden zu verstehen und ihnen kostengünstige, qualitativ hochwertige Leiterplatten zu liefern, die ihren Spezifikationen entsprechen, sind wir zuversichtlich, dass wir Ihnen helfen können.

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