Warmteafvoertechnieken

Wanneer u printplaten (PCB's) voor verschillende apparaten en apparatuur moet maken, is een van de belangrijkste overwegingen die u moet maken, hoe goed deze de warmte afvoert. Door de warmte in PCB's goed af te voeren, beveiligt u ze tegen prestatieproblemen en totale storingen veroorzaakt door te hoge temperaturen. Elke PCB waarin u investeert, moet worden ontworpen met de juiste warmteafvoerfuncties om ervoor te zorgen dat deze niet oververhit raakt en u consistente prestaties biedt.

Lees meer over waarom warmte een probleem is en enkele tips voor de warmteafvoer van PCB's.

Waarom warmte een probleem is in PCB's

Telkens wanneer een stroom door elektronische componenten vloeit, neemt de thermische belasting toe. De hoeveelheid warmte die de elektronische component produceert, is afhankelijk van het circuitontwerp, de hoeveelheid stroom en de kenmerken van het apparaat. U zult vaak merken dat onjuist gemonteerde componenten, externe elementen, onvoldoende ventilatie en onjuiste montage ervoor zorgen dat PCB's oververhit raken.

Hoewel PCB's wat hitte aankunnen, kunnen te hoge temperaturen enkele grote problemen veroorzaken. Enkele negatieve effecten op PCB's door overmatige hitte zijn onder meer verstoring van circuitlijnen, oxidatie van componenten, verlies van structurele integriteit en onverenigbare materiaaluitzettingssnelheden. Deze effecten kunnen ervoor zorgen dat de prestaties van een PCB afnemen. Als de printplaat gedurende langere tijd aan te veel hitte wordt blootgesteld, zal de printplaat defect raken en zelfs helemaal uitvallen, met blijvende schade aan de printplaat tot gevolg.

Warmteafvoertechnieken

Aangezien overtollige warmte een aantal belangrijke problemen kan veroorzaken, wilt u waarschijnlijk dat uw PCB warmteafvoerende eigenschappen heeft. Wanneer u warmte van uw PCB's wilt verwijderen, kunt u vertrouwen op een paar verschillende warmteafvoertechnieken. Het toevoegen van koellichamen en koelventilatoren kan bijvoorbeeld een uitstekende manier zijn om warmte af te voeren.

Leer meer over het afvoeren van warmte in PCB's door enkele primaire technieken hieronder te bekijken:

1. Koelventilatoren en koellichamen toevoegen

Koellichamen zijn thermisch geleidende metalen onderdelen met een groot oppervlak en PCB-ontwerpers gebruiken ze vaak om warmte af te voeren. Meestal zijn deze onderdelen bevestigd aan warmteproducerende componenten zoals schakelapparatuur. Eenmaal bevestigd, zorgt een koellichaam ervoor dat het onderdeel warmte naar andere gebieden kan overbrengen en warmte kan afvoeren over het grote oppervlak van het koellichaam.

Naast het gebruik van koellichamen in uw PCB's en andere componenten in uw apparaat, kunt u koelventilatoren toevoegen. Deze ventilatoren voegen een stroom koele lucht toe aan je apparaat om snel warmte af te voeren en te voorkomen dat deze zich ophoopt. Over het algemeen worden koelventilatoren gebruikt voor voedingen met een hoge stroomsterkte, omdat ze helpen bij een efficiëntere en snellere warmteafvoer.

2. Gebruik dikke koperen sporen

Wanneer u een PCB nodig heeft voor toepassingen met een hoog vermogen, is het toevoegen van dikke en zware kopersporen meestal de juiste keuze. Door gebruik te maken van dikke kopersporen, heeft de warmte een groter oppervlak voor warmteverdeling en -afvoer.

3. Investeer in warmtepijpen

Als je een printplaat hebt geïnstalleerd in een compact apparaat met een beperkte hoeveelheid ruimte, kunnen heatpipes helpen bij de warmteafvoer van de printplaat. Deze leidingen helpen bij het opnemen van warmte met vloeistoffen, zoals kleine hoeveelheden ammoniak, water, aceton of stikstof. Nadat de vloeistof de warmte heeft geabsorbeerd, zal de buis damp afgeven. Deze damp stroomt door de pijp totdat het een condensor bereikt, die de damp vervolgens condenseert in een vloeibare vorm, waardoor de pijp continu kan circuleren.

Vanwege het vermogen van een heatpipe om gemakkelijk warmte over te dragen, kiezen bedrijven die op zoek zijn naar een kosteneffectieve en betrouwbare passieve overdracht vaak voor deze. Als deze leidingen zijn geïnstalleerd, hebben uw apparaten een betere thermische geleidbaarheid en hebben ze niet veel onderhoud nodig. Deze buizen zijn ook erg stil door het ontbreken van bewegende delen en ze zijn trillingsvrij.

4. Kies het juiste bordmateriaal

Een andere techniek voor een betere warmteafvoer is het kiezen van plaatmaterialen die het meest geschikt zijn voor het afvoeren van warmte. Sommige PCB-materialen hebben niet de vereiste eigenschappen om met extreme hitte om te gaan. Als u weet dat uw apparaat aan hoge temperaturen wordt blootgesteld, is het essentieel om materialen met warmteafvoerende eigenschappen te selecteren.

Het gebruik van een polyimidebasis is vaak een goede keuze voor warmteafvoer. Flex-PCB's hebben dunnere en flexibele materialen die een grotere oppervlakte-tot-volumeverhouding mogelijk maken. Aluminium PCB's, een soort metalen kernplaat, zijn een andere uitstekende keuze voor warmteafvoer vanwege hun diëlektrische laag. Deze laag helpt warmte te absorberen en over te dragen naar de aluminiumlaag, waar de warmte effectief wordt verspreid. Deze aluminium PCB's zijn gunstig voor toepassingen met een hoog vermogen. Voor projecten bij hoge temperaturen bieden koperen PCB's de beste warmteafvoer en thermische geleidbaarheid.

Een effectieve niet-metalen optie zijn keramische PCB's. Keramische PCB's zijn meestal gemaakt van aluminiumnitride of aluminiumoxide en zijn geschikt voor toepassingen die een hoge hittebestendigheid en hoogfrequente verbindingen vereisen. Naast een hoge thermische geleidbaarheid hebben ze een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, grote veelzijdigheid en weerstand tegen chemische erosie, dus ze werken goed in tal van omgevingen.

5. Thermische via arrays gebruiken

Thermische via-arrays zijn een andere uitstekende keuze voor warmteafvoer, waardoor het oppervlak en de massa van koper worden vergroot. Door de massa en het oppervlak van het koper uit te breiden, heeft een apparaat een verminderde thermische weerstand. Thermische via-arrays bieden ook een grotere warmteafvoer voor kritieke componenten omdat ze een betere geleiding mogelijk maken. Vanwege hun vermogen om warmte af te voeren en de thermische weerstand te verminderen, gebruiken bedrijven vaak thermische via arrays dicht bij warmtebronnen om betere prestaties te bereiken.

Thermische via-arrays zijn populair bij bedrijven die koellichamen van hun printplaat willen verwijderen. Thermische via-arrays kunnen in bepaalde toepassingen worden gecombineerd met een pad om warmte weg te leiden van een apparaat. Deze combinatie verbetert de warmteafvoer van de printplaat terwijl er ook geen koellichamen meer nodig zijn.

6. Implementeer koperen munttechnologie

Koperen munten zijn kleine stukjes koper ingebed in de printplaat. Ze worden meestal direct onder een onderdeel geplaatst dat veel warmte genereert. Ze profiteren van de superieure warmtegeleiding van koper om warmte van het onderdeel rechtstreeks naar het koellichaam te trekken. Koperen munten zijn een geweldige manier om warmte af te voeren en worden vaak gebruikt als je een klein aantal componenten hebt die de meeste warmte genereren.

Deze gelokaliseerde oplossing is er in een paar verschillende vormen, waaronder T-Coins, I-Coins en C-Coins, die je zou gebruiken, afhankelijk van de vorm van het gebied. Na het routeren wordt de munt ingebed in een PCB-sleuf en gelamineerd en gemetalliseerd voor een stevige verbinding.

7. Optimaliseer de PCB-layout

Wanneer een bedrijf een PCB ontwerpt, vertrouwen ze vaak op een paar best practices om ervoor te zorgen dat de lay-out van de PCB de warmte afvoert. Een paar praktijken zijn onder meer het plaatsen van temperatuurgevoelige onderdelen in de lagere temperatuurgebieden van een apparaat, zoals aan de onderkant, en het vermijden van installatie op verwarmingsapparaten. Ontwerpers zullen ook meerdere onderdelen op een horizontaal vlak spreiden voor meer ventilatie. Als een bedrijf de temperatuur van hun printplaat beter wil bijhouden, plaatst ze de thermometer in het heetste gebied voor nauwkeurige metingen.

Een uitstekende PCB-layout zorgt ervoor dat warmtebronnen het verst van elkaar worden geïnstalleerd om overmatige warmteontwikkeling te voorkomen. Als een printplaat een koelventilator heeft, is het ook een goed idee voor ontwerpers om warmtegenererende componenten stroomafwaarts van de koelventilator te plaatsen terwijl ze lage warmtegenererende onderdelen stroomopwaarts van de ventilator installeren. Deskundige PCB-ontwerpers zullen de luchtcirculatie van de PCB bestuderen en apparaten die hoge warmte produceren in de juiste ruimte plaatsen op basis van de luchtstroom.

Kies Millennium Circuits Limited voor uw PCB-behoeften

Bij Millennium Circuits Limited (MCL) raadplegen en leveren we onze klanten regelmatig PCB's met een uitzonderlijke warmteafvoer. Omdat we weten hoe warmte een PCB negatief kan beïnvloeden, werken we tijdens de prototyping- en engineeringfasen nauw samen met onze klanten om ervoor te zorgen dat alle PCB's die we aan klanten leveren, passen bij hun benodigde toepassing en niet vatbaar zijn voor oververhitting. Omdat we de tijd nemen om de behoeften van onze klanten te begrijpen en hen kosteneffectieve, hoogwaardige PCB's te bieden die aan hun specificaties voldoen, zijn we ervan overtuigd dat we u kunnen helpen.

Bekijk vandaag nog onze PCB-mogelijkheden. Als u vragen heeft of een vrijblijvende offerte wilt, neem dan gerust contact met ons op.