PCB-Wärmeübertragung

Gedruckte Leiterplatten (PCBs) erzeugen während ihres Betriebs Wärme. Um Hitzeschäden zu vermeiden, benötigen Sie die richtigen Wärmeflusstechniken, um sicherzustellen, dass diese Energie abgeführt wird.

Grundlagen der Wärmeübertragung

Grundsätzlich umfasst eine Diskussion über Wärmeübertragung zwei Themen:Temperatur und Wärmefluss. Die Temperatur stellt das verfügbare Maß an Wärmeenergie dar, während der Wärmestrom die Wärmeenergie darstellt, die von einem Ort zum anderen bewegt wird.

Mikroskopisch steht thermische Energie in direktem Zusammenhang mit der kinetischen Energie eines Moleküls. Je höher die Temperatur eines Materials ist, desto größer ist die thermische Bewegung seiner Moleküle. Es ist normal, dass Bereiche mit viel kinetischer Energie diese an Bereiche mit weniger kinetischer Energie weitergeben.

Es gibt einige Materialeigenschaften, die die Wärme, die zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichen Temperaturen übertragen wird, effektiv modulieren. Dazu gehören Wärmeleitfähigkeiten, Materialdichten, Fluidgeschwindigkeiten und Fluidviskositäten. Zusammen machen diese Eigenschaften die Lösung vieler Wärmeübertragungsprobleme ziemlich kompliziert.

Die Mechanismen der Wärmeübertragung

Wärmeübertragungsmechanismen können in drei große Kategorien eingeteilt werden:

Leitung. Bereiche mit mehr molekularer kinetischer Energie senden ihre Wärmeenergie an Bereiche mit weniger molekularer Energie. Dies geschieht durch eine direkte Kollision von Molekülen, die als Leitung bezeichnet wird. In Metallen wird ein Teil der Energie, die von einem Bereich zum anderen transportiert wird, auch von Leitungsbandelektronen transportiert.

Konvektion. Wenn in einem elektronischen Gerät Wärme erzeugt wird, wird sie durch Wärmeleitung in einen Bereich transportiert

wo es dann in eine Flüssigkeit überführt wird. Dieser Prozess ist Konvektion, und die Flüssigkeit kann die Form eines Gases wie Luft oder herkömmliches Wasser annehmen.

Strahlung. Alle Materialien geben thermische Energie in temperaturabhängigen Mengen ab. Wenn die Temperaturen gleich sind, ist der Strahlungsfluss zwischen Objekten im Gleichgewicht und es findet kein Austausch von Wärmeenergie statt. Dieses Gleichgewicht ändert sich, wenn die Temperaturen schwanken und Wärmeenergie aus Gebieten mit höheren Temperaturen in solche mit niedrigeren Temperaturen transportiert wird.

PCB-Designtechniken für die Wärmeübertragung

Wenn es um das Wärmemanagement in Leiterplatten geht, können Sie einige Techniken anwenden. Ihre Optionen umfassen:

• Kühlkörper. Diese Technik verwendet große Metallteile mit hoher Leitfähigkeit. Diese Teile werden an Teilen befestigt, die Wärme erzeugen und mehr Oberfläche der Luft aussetzen. Diese Konfiguration verringert den thermischen Widerstand und mit einem Kühlgebläse verbessern Sie den Wärmefluss weiter.
• Kupfer gießt. Wenn Sie ungenutzte Bereiche mit Metall füllen und das Metall erden, verbindet sich jede Komponente auf der Leiterplatte problemlos mit der Erde.
• Thermische Vias. Thermische Durchkontaktierungen werden häufig mit Kupfergüssen verwendet und schaffen einen Weg zum Kupfer und zu den PCB-Komponenten.
• Kupfergefüllte Durchkontaktierungen. Durchkontaktierungen können mit Kupfer gefüllt werden, um die Wärmeübertragung zu verbessern.
• Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit. Materialien wie Aluminium; Keramik; und Kupferkern werden verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte zu verbessern.

Wenn Sie einen gleichmäßigen Wärmefluss in Ihrer Leiterplatte fördern, können Sie eine effiziente elektrische Leistung und eine lange Lebensdauer erwarten.

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