Tartalomjegyzék
A oldalon. PCB tervezés, A megbízható teljesítmény eléréséhez elengedhetetlen a hatékony hőkezelés. A hőterheléscsökkentők speciális szerkezetek, amelyeket a PCB-tervezés során alkalmaznak a következő problémák megoldására: hőelvezetés problémák, amikor az alkatrészek vezetékei nagy rézfelületekhez kapcsolódnak, általában földelő- vagy tápfeszültség-síkokhoz.
Ez az útmutató részletes magyarázatot ad a hőelvezető elemek működéséről és tervezési technikáiról, hogy segítsen Önnek továbbfejleszteni a PCB hőelvezetés terén szerzett ismereteit. ELE PCB emellett nagy teljesítményű PCB-tervezést is kínál, gyártás és összeszerelési szolgáltatások. Szóval, ha bármilyen kérdésed van, csak szólj nekünk!
Mi az a PCB hőelvezetés?
A hőelvezetés egy sor rézcsatlakozást jelent, amelyek összekötik a PCB-padot a többi rézöntvény/réz síkkal. A nagy rézfelülethez forrasztott, szabadon álló pad helyett vékony nyomvonalak (általában kereszt vagy csillag alakúak, mint az ábrán látható) lehetővé teszik a hőátadás szabályozását egy kisebb területen.
Miért fontos a hőmérséklet-csökkentés?
Lényegében a hőelvezetés szabályozza a hőelvezetést. Ha valaki a padot közvetlenül egy rézlaphoz csatlakoztatná, a hő túl gyorsan terjedne el az egész lapon. Ez a hő gyors eloszlását okozná, ami azt jelenti, hogy a forrasztóanyag nem éri el a szükséges olvadási hőmérsékletet. A hőelvezetésnek köszönhetően azonban a padon elegendő és lokalizált hő keletkezik, ami egyenletes és megbízható forrasztási kapcsolatokat eredményez.
Ezenkívül megakadályozza a gyártási hibákat is, mivel a PCB-párnákat idővel a megfelelő hőmérsékletnek teszi ki, és megakadályozza, hogy a táblák különböző részei túl eltérő hőmérsékletnek legyenek kitéve (hideg illesztések, rétegleválás).
-
Hőszabályozás: A hőterhelés egyfajta ellenállást ad hozzá, amely szabályozza a hő terjedési sebességét, és lehetővé teszi a megfelelően meleg párnák és egyenletes forrasztás használatát.
-
Tömeggyártási idő megtakarítás: Minél konzisztensebb a forrasztási viselkedés a padok között, annál jobban megismételhető lesz a folyamat, ami csökkenti a hibák számát és az időt, valamint biztosítja a hullám vagy reflow rendszerek.
-
Forrasztási pont megbízhatósága: A hőciklikus fáradás csökken a forrasztás egyenletes eloszlásával, ami azt jelenti, hogy a forrasztás mechanikai szilárdsága idővel integrálódik, így ez egy megbízható megoldás a folyamatosan zord környezetekben.
Hőelvezető párnák vs. szilárd csatlakozó párnák
Hőcsökkentő párnák olyan csatlakozásra utal, ahol a pad négy irányban keskeny rézfólia csatornákon keresztül csatlakozik a rézöntvényhez. Az egyenletes melegítés a forrasztás során megkönnyíti a kézi forrasztást és szétszerelést. Ez csökkenti a stresszt és a pad leválásának kockázatát.
Szilárd csatlakozó párnák olyan csatlakozásra utalnak, ahol a padot teljesen rézfólia borítja, így teljes 360°-os körkörös csatlakozást képezve. Nagy áramvezető képességük miatt alkalmasak nagyáramú és nagy teljesítményű alkalmazások.
| Forgatókönyv | Ajánlott kialakítás | Indoklás |
| Kézi forrasztás | Hőmérséklet-csökkentés | Csökkenti a hőelvezetést, így a forrasztási pont gyorsabban éri el az olvadáspontot. |
| Nagy áramerősségű vagy nagy hőelvezetésű alkalmazások | Szilárd kapcsolat | Növeli az áramvezető képességet, de figyelembe kell venni a forrasztás nehézségét és a hidegcsatlakozás kockázatát. |
| Nagyfrekvenciás jeláramkörök | Inkább hőmérsékleti enyhítés | Csökkenti a parazita kapacitás hatását a jel integritására. |
| Hullámforrasztás | Erősen ajánlott hőmérséklet-csökkentés | Megakadályozza a PCB-aljzat helyi magas hőmérséklet okozta deformálódását. |
Mikor kell hőmérséklet-csökkentőket használni?
A hőterhelés-csökkentőket olyan helyeken használják, ahol a réz összeköttetések túlzott hőelvezetést okozhatnak a forrasztás során. Mint korábban említettük, ez egyenletes reflow-t, egyenletes forrasztási kitöltést eredményezhet, és stabilitást biztosíthat a folyamat során. Azonban ezeket nem mindig használják kizárólagosan, hanem az elektromos és hőtechnikai igényektől függően.
Átmenő furatos alkatrészek
Átmenő furat A földelő vagy tápfeszültség síkokhoz csatlakozó párnáknak hőelvezetésre van szükségük, hogy elkerülhető legyen a hőelnyelés hullámforrasztás vagy kézi forrasztás során. A küllős csatlakozások egyenletes forrasztási töltést tesznek lehetővé és biztosítják az intermetallikus csatlakozásokat.
Nagy rézfelületek és síkok
A rézöntvények és síkok hőelvezetést igényelnek, mivel ez minimalizálja a réz tömegét, amely elvonja a hőt a későbbi forrasztási pontoktól. Ez biztosítja, hogy ezek a csatlakozások ne váljanak hideg forrasztási pontokká, miután nagy réz tömeggel dolgoztak.
Többrétegű és HDI táblák
Mivel a hőtároló tömeg növekedése megnehezíti a külső réteg csatlakozásainak forrasztását, ezek a táblák mindig profitálnak a hőterhelés-csökkentésből. A hőterhelés-csökkentés segítségével hatékonyan lehet átmelegíteni a réz különböző rétegeit, hogy biztosítsák a megfelelő olvadást és megmunkálhatóságot.
Nagy áramerősségű áramutak
Az áramköri nyomok nagy hőelvezető alkatrészek alatt szilárd csatlakozó átvezetéseket használnak. Ezenkívül a nagyáramú hálózatok előnyben részesítik a szilárd réz csatlakozásokat, mivel ezek a csatlakozások hőt vezetnek el és erős vezetőképességre van szükségük.
Mikor nem helyénvaló hőreliefek használata?
- Nagy teljesítményű alkatrészek: Azok az eszközök, amelyek hatékony hőelvezetést igényelnek, mint például a tápegység modulok és a táp MOSFET-ek, gyakran teljes csatlakozásokat használnak a hővezető képesség javítása érdekében. Az alábbi ábrán a hőelvezető elemek használata csökkentené az általános áramvezető képességet.
- Magas frekvenciájú jel alaplap: Bizonyos RF áramkörök alacsony impedanciájú földelést igényelnek, ami közvetlen, teljes rézfólia-csatlakozásokat tesz szükségessé.
- Tesztpárnák/rögzítőfuratok: A mechanikus rögzítőfuratok vagy tesztpadok általában teljesen összekapcsolódnak a stabilitás biztosítása érdekében.
PCB hőelvezetési tervezési szempontok
A PCB-k hőelvezető párnáinak tervezésekor a következő szempontokat kell figyelembe venni:
A küllők szélessége és száma
A küllők alakja, szélessége és száma befolyásolja, hogy mennyi hő átadódik forrasztás közben, és mennyi áramot képesek a küllők működés közben továbbítani.
Általában a padot 2–4 küllővel szabadítják meg a padtól a síkig; kisebb jelpadokhoz kisebb küllők (0,2–0,3 mm) ajánlottak a hő/elektromos szétválasztáshoz, míg nagyobb áramellátási igények esetén nagyobb küllők (0,4–0,6 mm) ajánlottak az áramellátó hálózatokhoz.
Réz síkhoz való távolság
A forrasztási hidak kialakulásának elkerülése érdekében a réz felett is szükséges egy bizonyos távolság. A tipikus FR-4 panelek esetében a távolság a padoknál 0,25–0,4 mm, a rézsútos síkok körülötte, ahogyan az a tipikus réz súlyoknál várható. Ez a szám nagyobb súlyoknál kissé növekedhet, mivel nagyobb távolságra van szükség a hővel szembeni állandó ellenállás szabályozásához.
A pad felülete és a réz vastagsága
Minél vastagabb a réz, annál gyorsabban veszi fel a hőt. A 2 uncia vagy annál vastagabb rézzel készült táblák esetében a mintázott típusoknak szélesebb domborulatokkal kell rendelkezniük, vagy ugyanolyan domborulatokkal kell helyettesíteni őket, mint a vékonyabb réz esetében. Ez a nagyobb alátétekre is vonatkozik, mert a nagyobb tömegek nem veszik fel a hőt ugyanúgy.
Nagy áramerősségű hálók
A nagy áramot igénylő táp-/földelő csatlakozások hőelvezetést igényelnek; a legalkalmasabbak a szabadon hagyott varratok vagy a részben kitöltött varratok, így a megfelelő forraszthatóság biztosítja a sikeres áramvezető alkatrészeket.
Ellenőrizze a DFM-mel és szimulációval
Mindig jó ellenőrizni DFM ha kétség merül fel, használjon távolság- és hőszimulációs eszközöket. Ezek segítenek kialakítani egy egyszerű forrasztási útvonalat a padról, hogy lássuk a siker valószínűségét. A siker attól függ, hogy hogyan használják a rézet és hány pad van a táblán.
Hőkezelési módszerek összehasonlítása
Különböző hőkezelési módszerek alkalmazhatók különböző funkciókhoz. Az alábbiakban bemutatjuk a hőkezelés céljára leggyakrabban alkalmazott módszereket és azok alkalmazási területeit.
|
Módszer
|
Cél
|
Mikor használható
|
|
Hőmérséklet-csökkentés
|
Elkerüli a forrasztási hőátadást a pad lyuk és a réz sík között.
|
Hegesztési pontok követelménye olyan alkatrészekhez csatlakoztatva, amelyeknek meg kell őrizniük a hőmérsékletet, de elfogadható csatlakozásokra van szükségük.
|
|
Termikus átvezetők
|
A hőt függőlegesen vezeti el a PCB-n keresztül rétegek.
|
Ahol helyi hő keletkezik. A kapcsolók, szabályozók vagy BGA alkatrészek alatt.
|
|
Rézöntvények és sínek
|
Lehetővé teszi a hő elvezetését a PCB felületének egy pontjáról.
|
Ahol az áram elosztásra kerül, vagy ahol a nagy áramerősségű területek meghaladják a maximális delta hőmérséklet-emelkedés tűréshatárait.
|
|
Hőelnyelők
|
Az alumínium vagy réz hordozóréteg jobb hővezető képességgel biztosítja a hő elvezetését.
|
Nagy teljesítményű IC-k, például lineáris szabályozók vagy kapcsolóeszközök esetén.
|
|
Fém mag PCB (MCPCB)
|
A táblák egymásra helyezése megváltozott FR4 maglapoknál a mag alumíniumra vagy vezető anyagra cserélődik, hogy a vezetés révén eloszlassa a felesleges hőt.
|
A oldalon. LED világítási és autóipari alkalmazások, amelyek jó hőeloszlást igényelnek.
|
Következtetés
A PCB hőterhelés-csökkentők elsődleges funkciója az, hogy egyensúlyt teremtsenek a hegesztés megbízhatósága, a mechanikai szilárdság és az elektromos teljesítmény között. Célzott tervezési módosításokkal, például a csatlakozóvezetékek szélességének és számának megváltoztatásával, ezek a PCB-párnák számos alkalmazás követelményeinek megfelelhetnek, így fontos optimalizálási eszközként szolgálnak a PCB-mérnökök számára.
ELEPCB ismeri a jó és rossz hőelvezetés közötti különbséget, és DFM tényezőket alkalmaz annak biztosítására, hogy még a legbonyolultabb rétegfelépítés vagy rézszázalékok esetén is a táblák megfelelő forraszthatóságot és stabilitást biztosítsanak.
A oldalon. professzionális PCB gyártás és összeszerelés, kapcsolatfelvétel. A PCB-je a hőelvezetési igényeinek és a teljesítményre vonatkozó előírásoknak megfelelően készül.
GYIK
A1: Nem. Csak a nagy rézfelületekhez, például földelő/áramellátó síkokhoz csatlakozó padok esetében van rá szükség. A jelpadokhoz vagy a nagyáramú átvezetésekhez szilárd csatlakozások vannak.
A2: 2–4 szimmetrikusan elrendezett küllő elegendő ahhoz, hogy a hőátadási út ne változzon túlzottan, ugyanakkor megfelelő mechanikai stabilitást biztosítson.
A3: Igen. Ha a küllők túl kicsik/keskenyek vagy nincs elég számú, az ellenállás túl nagy lesz és feszültségesést okoz. Kompromisszumot kell találni a hőelvezetés és az elektromos kapcsolatok fenntartása között.
A4: A réz vastagsága gyorsabb vezetést jelent, ezért a szélesebb vagy több küllő segíthet a forrasztási/keringési igények és az áramkapacitás tekintetében.
KAPCSOLATFELVÉTEL
Hungarian 
English 
Italian