Επισκόπηση της θερμικής αξιοπιστίας του PCB

Σε γενικές γραμμές, η διανομή φύλλων χαλκού σε σανίδες PCB είναι πολύ περίπλοκη και δύσκολο να μοντελοποιηθεί με ακρίβεια. Επομένως, είναι απαραίτητο να απλοποιηθεί το σχήμα της καλωδίωσης κατά τη μοντελοποίηση και να προσπαθήσουμε να κάνουμε το μοντέλο ANSYS κοντά στην πραγματική πλακέτα κυκλώματος. Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα στην πλακέτα κυκλώματος μπορούν επίσης να προσομοιωθούν με απλοποιημένη μοντελοποίηση, όπως σωλήνας MOS και μπλοκ ολοκληρωμένου κυκλώματος.

1. Θερμική ανάλυση
Η θερμική ανάλυση κατά την επεξεργασία SMT βοηθά τους σχεδιαστές να καθορίσουν τις ηλεκτρικές ιδιότητες των εξαρτημάτων στο PCB και να καθορίσουν εάν τα εξαρτήματα ή οι πλακέτες κυκλώματος θα καούν λόγω των υψηλών θερμοκρασιών. Η απλή θερμική ανάλυση υπολογίζει μόνο τη μέση θερμοκρασία της πλακέτας κυκλώματος, ενώ το σύνθετο μεταβατικό μοντέλο έχει δημιουργηθεί για τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό με πολλαπλές πλακέτες κυκλώματος. Η ακρίβεια της θερμικής ανάλυσης εξαρτάται τελικά από την ακρίβεια της κατανάλωσης ισχύος που παρέχεται από τον σχεδιαστή πλακέτας.
Σε πολλές εφαρμογές όπου το βάρος και το φυσικό μέγεθος είναι πολύ σημαντικά, εάν η πραγματική κατανάλωση ενέργειας του εξαρτήματος είναι πολύ μικρή, ο συντελεστής ασφαλείας του σχεδιασμού μπορεί να είναι πολύ υψηλός και ο σχεδιασμός της πλακέτας κυκλώματος μπορεί να βασίζεται στη θερμική ανάλυση η τιμή ισχύος του στοιχείου που είναι ασυνεπής με την πραγματική ή πολύ συντηρητική. Το αντίθετο (και πιο σοβαρό) είναι ένας σχεδιασμός χαμηλής θερμικής ασφάλειας, στον οποίο το εξάρτημα λειτουργεί στην πραγματικότητα σε υψηλότερη θερμοκρασία από ό, τι είχε προβλέψει ο αναλυτής. Αυτό το πρόβλημα συνήθως λύνεται εγκαθιστώντας ένα ψυγείο ή έναν ανεμιστήρα για την ψύξη της πλακέτας κυκλώματος. Αυτά τα πρόσθετα προσθέτουν κόστος και οδηγούν σε αυξημένο χρόνο διακοπής και η προσθήκη ανεμιστήρων στο σχέδιο δημιουργεί επίσης αστάθεια στην αξιοπιστία, επομένως χρησιμοποιούνται ενεργές και όχι παθητικές μέθοδοι ψύξης (όπως φυσική αγωγή, αγωγή και ακτινοβολία) για τις σανίδες.
2. Απλοποιημένη μοντελοποίηση του κυκλώματος
Πριν από τη μοντελοποίηση, αναλύστε τις κύριες συσκευές θέρμανσης στην πλακέτα κυκλώματος, όπως σωλήνες MOS και μπλοκ ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, οι οποίες μετατρέπουν το μεγαλύτερο μέρος της χαμένης ισχύος σε θερμότητα κατά τη λειτουργία. Επομένως, το κύριο ζητούμενο για τη μοντελοποίηση είναι αυτές οι συσκευές.
Επιπλέον, θεωρήστε το φύλλο χαλκού ως επικάλυψη σύρματος στο υπόστρωμα PCB. Δεν παίζουν μόνο έναν αγώγιμο ρόλο στο σχεδιασμό, αλλά παίζουν επίσης ρόλο στη θερμική αγωγιμότητα, η θερμική αγωγιμότητα και η περιοχή μεταφοράς θερμότητας είναι σχετικά μεγάλος πίνακας κυκλωμάτων είναι ένα απαραίτητο μέρος του ηλεκτρονικού κυκλώματος, η δομή του αποτελείται από υπόστρωμα εποξειδικής ρητίνης και φύλλο χαλκού επικαλυμμένο ως σύρμα. Το πάχος του εποξικού υποστρώματος είναι 4mm και το πάχος του φύλλου χαλκού είναι 0.1mm. Ο χαλκός έχει θερμική αγωγιμότητα 400W/(m ℃), ενώ ο εποξικός έχει θερμική αγωγιμότητα μόνο 0.276W/(m ℃). Αν και το προστιθέμενο φύλλο χαλκού είναι πολύ λεπτό, έχει ισχυρή καθοδηγητική επίδραση στη θερμότητα, επομένως δεν μπορεί να αγνοηθεί στη μοντελοποίηση.