열 설계 및 테스트: 비정상적인 PCBA 가열에 대한 솔루션

PCBA (프린트 서킷 보드 조립) 의 비정상적인 난방은 심각하게 영향을 미칠 수있는 중요한 문제입니다성능, 신뢰성, 수명전자 제품열 설계 및 엄격한 테스트이러한 열과 관련된 문제를 해결하고 완화하기 위해 필수적입니다.

비정상적인 PCBA 가열에 대한 이해

PCBA의 과도한 열은 일반적으로 몇 가지 요인에 의해 발생합니다.

• 높은 전력 소비:부품 (CPU, GPU, 전력 IC, LED 등) 은 분산되는 전력에 비례하여 열을 발생시킵니다.
• 비효율적인 구성 요소 레이아웃:부적절한 배치로 인해 지역화상점이 발생하거나 공기 흐름이 방해될 수 있습니다.
• 부적절한 열 분산 경로:PCB의 흔적에서 구리 부족, 열 통로가 부족하거나 열 방울에 열 인터페이스가 좋지 않습니다.
• 불충분한 냉각 메커니즘방열기, 팬, 또는 적절한 방공기가 없습니다.
• 환경 요인:높은 주변 온도는 난방 문제를 악화시킬 수 있습니다.

열 설계: 열 이 시작 되기 전 에 열 을 방지 한다

효과적인 열 설계는 PCBA에 열 관리를 처음부터 구축하는 것입니다. 주요 전략은 다음과 같습니다.

1. 컴포넌트 선택

   • 우선 순위에너지 효율적인 부품더 낮은 휴식 전류와 더 높은 효율성
   • 구성 요소를 선택적절한 열 저항예상되는 전력 소모량으로

2. PCB 레이아웃 최적화:

   • 전략적 구성 요소 배치:고전력 분비 구성 요소 (예를 들어, 전력 IC, 프로세서, 전압 조절기) 를 열에 민감한 구성 요소 (예를 들어, 센서, 정밀 아날로그 회로, 전해질 콘덴시터) 로부터 멀리 배치한다.
   • 열 통로:Incorporate a grid of thermal vias (small holes filled with copper) under power components to conduct heat efficiently from the component pad through to internal copper layers or to the other side of the board for heat sinking.
   • 구리 투어/플랜:대량 구리 용량 또는 전용 지상 / 힘 비행기를 사용 하 여열을 퍼뜨리는 층더 많은 구리, 더 나은 열 전도.
   • 추적 크기:과도한 저항 가열 없이 필요한 전류를 전달할 수 있을 만큼 넓은 전력 경로를 확보 (난2R손실)

3. 히트 싱크와 팬:

   • 온도 방조기:히트 싱크 를 직접 고전력 부품 에 부착 한다. 이것 들 은 주변 공기 에 열 이 전달 될 수 있는 표면 면적 을 증가 시킨다.구성 요소와 열 방조기 사이의 적절한 열 인터페이스 재료 (TIM) 는 매우 중요합니다..
   • 팬들:더 높은 전력 소모를 위해, 팬으로 활발한 냉각은 수각기와 PCBA에 대한 공기 흐름을 크게 증가시켜 열 제거를 돕습니다. 팬 선택은 공기 흐름을 고려해야합니다.그리고 전력 소비.

4. 장막 설계:

   • 환기:천연 공류 (연화관 효과) 또는 팬으로부터의 강제 공기 흐름을 허용하기 위해 충분한 환기와 전략적으로 배치된 구멍이있는 장을 설계하십시오.
   • 재료 선택:금속 칸막이들은 추가적인 열 방출기로 작용하여 표면을 통해 열을 분산시킬 수 있습니다.

5. 열 시뮬레이션:

   • 사용컴퓨터 지원 공학 (CAE) 도구그리고열 시뮬레이션 소프트웨어(예: ANSYS, Mentor Graphics FloTHERM, COMSOL) 는 설계 단계 초에 있습니다.
   • 목적:온도 분포를 예측하고 잠재적 인 뜨거운 지점을 식별하고 물리적 프로토타입 만들기 전에 다른 냉각 솔루션의 효과를 평가하여 시간과 비용을 절감합니다.

열 검증: 설계 의 검증

PCBA가 프로토타입이 된 후에는 엄격한 열 테스트가 필수적입니다. 디자인을 검증하고 다양한 조건에서 안전한 온도 한도 내에서 작동하는지 확인하기 위해.

1. 열카메라/인프라라드 온도 촬영:

   • 목적:PCBA 표면에 온도 분포를 시각적으로 확인하고 지도로 표시합니다.
   • 방법:적외선 카메라 는 열 영상 을 촬영 하여, 실시간 으로 뜨거운 점 과 온도 경사 를 드러낸다. 이것은 과열 된 부품 이나 부위 를 빠르게 파악 하기 위해 훌륭 하다.

2. 열쌍/온도 센서 측정:

   • 목적:부품이나 PCB의 특정 지점에서 정확한 온도 판독을 얻으려면
   • 방법:작은 열쌍 또는 RTD (항압 온도 감지기) 센서는 주요 관심 지점에 연결됩니다. 데이터 로거는 시간에 따라 온도를 기록합니다.특히 기능 작동 및 스트레스 테스트 중에.

3. 환경 위원회:

   • 목적:제어된 환경 조건의 범위에서 PCBA의 열 성능을 테스트하기 위해
   • 방법:PCBA는온도 챔버(또는열충격실급격한 온도 변화) 를 위해 극심한 추위에서 극심한 열까지의 운영 환경을 시뮬레이션합니다. 이것은 성능을 확인하고 열 스트레스로 인한 고장을 식별합니다.

4. 온도 모니터링과 함께 노화 테스트 (연소 테스트):

   • 목적:PCBA를 지속적인 스트레스 (올린 온도 포함) 하에서 장기간 작동시켜 "초기 실패"를 확인하고 장기적인 신뢰성을 보장합니다.
   • 방법:PCBA는 일반적으로연소 오븐또는 방, 종종 정상 작동 온도보다 높은, 그들의 기능과 주요 구성 요소 온도를 모니터링하는 동안.

5. 공기 흐름 및 압력 측정:

   • 목적:활성 냉각 (풍선) 을 포함하는 설계의 경우, 방안에 적절한 공기 흐름과 압력 하락을 보장합니다.
   • 방법:냉각 성능을 특성화하기 위해 공기속도 측정기 (공류 속도 측정기) 와 압력 측정기가 사용됩니다.

선제적인 열 설계 원칙과 포괄적인 열 테스트를 통합함으로써 제조업체는 비정상적인 PCBA 가열에 효과적으로 대처할 수 있으며 더 견고하고 신뢰할 수있는고성능 전자 제품.