Ikhtisar keandalan termal dari PCB

Secara umum, distribusi foil tembaga pada papan PCB sangat kompleks dan sulit untuk dimodelkan secara akurat. Oleh karena itu, perlu untuk menyederhanakan bentuk pengkabelan selama pemodelan, dan mencoba membuat model ANSYS dekat dengan papan sirkuit yang sebenarnya. Komponen elektronik pada papan sirkuit juga dapat disimulasikan dengan pemodelan yang disederhanakan, seperti tabung MOS dan blok sirkuit terpadu.

1. Analisis termal
Analisis termal selama pemrosesan SMT membantu perancang dalam menentukan sifat kelistrikan komponen pada PCB dan dalam menentukan apakah komponen atau papan sirkuit akan terbakar karena suhu tinggi. Analisis termal sederhana hanya menghitung suhu rata-rata papan sirkuit, sedangkan model transien kompleks dibuat untuk peralatan elektronik dengan beberapa papan sirkuit. Keakuratan analisis termal pada akhirnya tergantung pada keakuratan konsumsi daya komponen yang disediakan oleh perancang papan sirkuit.
Dalam banyak aplikasi di mana berat dan ukuran fisik sangat penting, jika konsumsi daya aktual komponen sangat kecil, faktor keamanan desain mungkin terlalu tinggi, dan desain papan sirkuit mungkin didasarkan pada analisis termal nilai daya komponen yang tidak sesuai dengan aktual atau terlalu konservatif. Kebalikannya (dan lebih serius) adalah desain keamanan termal rendah, di mana komponen benar-benar bekerja pada suhu yang lebih tinggi dari yang diperkirakan analis. Masalah ini biasanya diselesaikan dengan memasang radiator atau kipas untuk mendinginkan papan sirkuit. Pengaya ini menambah biaya dan menyebabkan peningkatan waktu henti, dan penambahan kipas pada desain juga menciptakan ketidakstabilan dalam keandalan, sehingga digunakan metode pendinginan aktif daripada pasif (seperti konveksi alami, konduksi, dan radiasi) untuk papan.
2. Pemodelan yang disederhanakan dari papan sirkuit
Sebelum pemodelan, analisis perangkat pemanas utama di papan sirkuit, seperti tabung MOS dan blok sirkuit terpadu, yang mengubah sebagian besar daya yang hilang menjadi panas selama operasi. Oleh karena itu, pertimbangan utama untuk pemodelan adalah perangkat ini.
Selain itu, pertimbangkan foil tembaga sebagai pelapis kawat pada substrat PCB. Mereka tidak hanya memainkan peran konduktif dalam desain, tetapi juga berperan dalam konduksi panas, konduktivitas termal dan area perpindahan panasnya relatif besar, papan sirkuit merupakan bagian tak terpisahkan dari sirkuit elektronik, strukturnya terdiri dari substrat resin epoksi dan foil tembaga dilapisi sebagai kawat. Ketebalan substrat epoksi adalah 4mm, dan ketebalan foil tembaga adalah 0.1mm. Tembaga memiliki konduktivitas termal 400W/(m℃), sedangkan epoksi memiliki konduktivitas termal hanya 0.276W/(m℃). Meskipun foil tembaga yang ditambahkan sangat tipis, ia memiliki efek pemandu yang kuat pada panas, sehingga tidak dapat diabaikan dalam pemodelan.