Thermisch ontwerp en testen: oplossingen voor abnormale PCBA-verwarming

Abnormale verwarming in PCBA (Printed Circuit Board Assembly) is een kritiek probleem dat deprestaties, betrouwbaarheid en levensduurDe Europese Commissie heeft in haar advies over het voorstel voor een richtlijn van de Raad betreffende dethermisch ontwerp en rigoureuze testenDe Commissie is van mening dat de maatregelen die in het kader van het programma worden genomen, van essentieel belang zijn om deze warmtegerelateerde problemen aan te pakken en te beperken.

Begrip van abnormale PCBA-verwarming

Overmatige hitte op een PCBA wordt meestal veroorzaakt door verschillende factoren:

• Hoog energieverbruik:Componenten (zoals CPU's, GPU's, power IC's, LED's) genereren warmte in verhouding tot het vermogen dat ze verdrijven.
• Inefficiënte opstelling van de componenten:Slechte plaatsing kan leiden tot gelokaliseerde hotspots of belemmering van de luchtstroom.
• Onvoldoende warmteafvoeringswegen:Onvoldoende koper in PCB-spuren, gebrek aan thermische via of slechte thermische interfaces met hitteafvoeringen.
• Onvoldoende koelmechanismen:Afwezigheid van warmteafzuigers, ventilatoren of een goede ventilatie van de behuizing.
• Omgevingsfactoren:Hoge omgevingstemperaturen kunnen verwarmingsproblemen verergeren.

Thermisch ontwerp: Vermijding van hitte voordat deze begint

Effectief thermisch ontwerp gaat over het bouwen van warmtebeheer in de PCBA vanaf de grond.

1. Selectie van componenten:

   • Prioriteiten stellenenergiezuinige componentenmet lagere stilstandstromen en hogere efficiëntie.
   • Selecteer componenten metpassende thermische weerstandvoor hun verwachte energieverlies.

2. Optimalisatie van de PCB-opstelling:

   • Strategische plaatsing van componenten:Plaats componenten met een hoog vermogen (bv. power IC's, processors, spanningsregulatoren) ver van warmtegevoelige componenten (bv. sensoren, analoge precisiescircuits, elektrolytische condensatoren).
   • Thermische weg: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.
   • Copper Pour/Planes:Gebruik grote koperen gieten of speciale grond/krachtvliegtuigen alswarmteverspreidende lagenHoe meer koper, hoe beter de warmtegeleiding.
   • Trace Size:Zorg ervoor dat de stroomlijnen breed genoeg zijn om de vereiste stroom te kunnen doorbrengen zonder overmatige weerstandsverwarming (Ik...2Rverliezen).

3. Warmteafzuigers en ventilatoren:

   • Warmteafvoeringen:Vergroten van de oppervlakte beschikbaar voor warmteconvectie naar de omringende lucht.Een goed thermisch interface materiaal (TIM) tussen het onderdeel en de hittezuiger is cruciaal.
   • Fans:Voor een hogere vermogensafvoer kan actieve koeling met ventilatoren de luchtstroom aanzienlijk verhogen over de hittezuigers en de PCBA, waardoor warmte wordt verwijderd.en stroomverbruik.

4. Ontwerp van de behuizing:

   • Ventilatie:Ontwerp van de behuizing met voldoende ventilatieopeningen en strategisch geplaatste openingen om natuurlijke convectie (schoorsteen-effect) of gedwongen luchtstroom van ventilatoren mogelijk te maken.
   • Materiaalkeuze:Metalen behuizingen kunnen als extra warmtezuigers fungeren en warmte door hun oppervlak verdrijven.

5. Thermische simulatie:

   • GebruikComputer-aided engineering (CAE) -instrumentenensoftware voor thermische simulatie(bijv. ANSYS, Mentor Graphics FloTHERM, COMSOL) vroeg in de ontwerpfase.
   • Doel:Om de temperatuurverdeling te voorspellen, potentiële hotspots te identificeren en de effectiviteit van verschillende koeloplossingen te evalueren voordat er fysieke prototypes worden gemaakt, wat tijd en kosten bespaart.

Thermische testen: de validatie van het ontwerp

Zodra de PCBA een prototype is, is een rigoureuze thermische test essentieel om het ontwerp te valideren en te bevestigen dat het onder verschillende omstandigheden binnen veilige temperatuurgrenzen functioneert.

1. Thermische camera/infraroodthermografie:

   • Doel:Om de temperatuurverdeling over het PCBA-oppervlak visueel te identificeren en in kaart te brengen.
   • Metode:Een infraroodcamera neemt thermische beelden op, waardoor in realtime hotspots en temperatuurgradiënten worden onthuld.

2. Meesters van thermocouples/temperatuursensoren:

   • Doel:Om nauwkeurige temperatuurmetingen te verkrijgen op specifieke punten op componenten of het PCB.
   • Metode:In het kader van het onderzoek van de nieuwe technologieën voor het opsporen van de temperatuur in de lucht wordt een onderzoek uitgevoerd naar de mogelijkheden voor het opsporen van de temperatuur in de lucht.met name tijdens functionele werking en spanningsonderzoeken.

3. Milieucamers:

   • Doel:Om de thermische prestaties van de PCBA te testen onder een reeks gecontroleerde omgevingsomstandigheden.
   • Metode:De PCBA wordt in eenTemperatuurkamer(of eenthermische schokkamerDit is een methode om de prestaties te verifiëren en storingen als gevolg van thermische spanning te identificeren.

4. Verouderingstest (inbrandenstest) met temperatuurmonitoring:

   • Doel:Het PCBA onder voortdurende spanning (inclusief verhoogde temperatuur) gedurende een langere periode bedienen om "vroege storingen" te identificeren en de betrouwbaarheid op lange termijn te waarborgen.
   • Metode:PCBA's worden doorgaans in eeninbrandenovenDe Commissie heeft de Commissie verzocht om een verslag uit te brengen over de resultaten van de evaluatie van de in het kader van het onderzoek verrichte werkzaamheden in het kader van het programma voor onderzoek en technologische ontwikkeling.

5. Meesters van de luchtstroom en druk:

   • Doel:Voor ontwerpen met actieve koeling (ventilatoren) moet een adequate luchtstroom en drukdaling binnen de behuizing worden gewaarborgd.
   • Metode:Om de koelprestaties te karakteriseren worden anemometers (voor de luchtstroom snelheid) en drukmeters gebruikt.

Door proactieve thermische ontwerpprincipes te integreren met uitgebreide thermische testen, kunnen fabrikanten effectief abnormale PCBA-verwarming aanpakken, wat leidt tot robuustere, betrouwbaarder,en hoogwaardige elektronische producten.