Koellichaam PCB

Koppelingsprintplaat

PCB-ontwerp is een gecompliceerd proces dat veel aandacht vereist voor een reeks mogelijke problemen. Ontwerpers moeten elk kenmerk van een bord analyseren om optimale functionaliteit te garanderen, van de fysieke beperkingen tot de elektrische interacties tussen componenten en signaalverlies. Een van deze functies is thermisch beheer, dat essentieel is om de levensduur en functionaliteit van een printplaat te garanderen.

Er zijn veel manieren om optimaal thermisch beheer te bereiken en overtollige warmte van een PCB te verwijderen, inclusief het selecteren van geschikte koelmethoden. Een van deze methoden is het bevestigen van een koellichaam. Dit artikel legt uit wat koellichamen zijn, hun unieke voordelen en uitdagingen en hoe koellichamen voor PCB's te selecteren.

Wat is een koellichaam in een PCB?

Een koellichaam is een onderdeel met een groot oppervlak dat bestaat uit thermisch geleidend metaal. Dit koellichaam is typisch bevestigd aan componenten van printplaten, inclusief vermogenstransistoren en schakelapparatuur. Het doel van dit onderdeel is om warmte op te nemen en af ​​te voeren.

PCB-koellichamen werken volgens het geleidingsprincipe. In dit principe wordt warmte overgedragen van gebieden met een hoge thermische weerstand naar gebieden met een lage thermische weerstand en van gebieden met veel warmte naar gebieden met een lage warmte. Omdat koellichamen zijn gemaakt van aluminium of koper, die beide een uitstekende thermische geleidbaarheid en een lage thermische weerstand hebben, zal de warmte op natuurlijke wijze van de PCB-componenten naar het koellichaam gaan.

Het proces werkt als volgt:

• Een PCB-component genereert warmte, die op natuurlijke wijze via het geleidingsprincipe van de component naar het koellichaam gaat.
• Van daaruit wordt warmte afgevoerd over het grote oppervlak van het koellichaam.
• De warmte wordt overgedragen naar de omgeving over het oppervlak van het koellichaam. Veel koellichamen hebben vinnen - rechthoekige pinachtige kenmerken die loodrecht op het PCB-oppervlak uitsteken - die het oppervlak helpen maximaliseren en helpen de warmte van het koellichaam naar de omringende lucht over te dragen.

Heatsink-toepassingen

Omdat koellichamen een noodzaak zijn voor PCB-toepassingen die grote hoeveelheden stroom verwerken, kunnen ze meer warmte genereren dan de gemiddelde PCB. Ontwerpers zullen ervoor kiezen om een ​​koellichaam te gebruiken als ze ontdekken dat een PCB-prototype een thermisch profiel vertoont met hotspots en gebieden met hoge temperaturen. De behoefte aan een koellichaam op PCB-ontwerpen kan echter vroeg in het ontwerpproces worden bepaald door de soorten componenten die op de PCB worden aangetroffen, waaronder:

• Verwerkers: PCB's met processors, zoals CPU's, GPU's en MPU's, hebben vaak koellichamen nodig om te helpen bij het thermisch beheer en om een ​​foutloze levensduur te behouden.
• Voedingscomponenten: PCB's met stroomcomponenten hebben over het algemeen meer behoefte aan thermisch beheer. Enkele voorbeelden van componenten die in deze categorie vallen, zijn onder meer eindversterkers, vermogensregelaars, vermogens-IC's en voedingen.
• Componentendichtheid: Een PCB kan ook een koellichaam nodig hebben voor thermisch beheer als het een hoge componentdichtheid heeft, omdat dat kan resulteren in een grotere warmteproductie dan een gemiddelde PCB.

Bepaalde industrieën kunnen ook vaker koellichamen gebruiken dan andere. Militaire toepassingen zullen bijvoorbeeld de neiging hebben om koellichamen in PCB-ontwerpen te gebruiken om de functionaliteit op de lange termijn te garanderen.

De voordelen van een koellichaam

Deze onderdelen hebben een groot aantal voordelen, waaronder:

• Thermisch beheer: Het belangrijkste voordeel van een koellichaam is het vermogen om het thermisch beheer in een PCB-ontwerp te verbeteren. Deze onderdelen zijn uitstekend in het oplossen van talrijke problemen met warmteafvoer en koeling.
• Levensduur: PCB-koellichamen gaan lang mee en hoeven na langdurig gebruik niet te worden vervangen. Bovendien kan het gebruik ervan helpen de levensduur van een PCB te verbeteren door middel van goed thermisch beheer.
• Lage kosten: De meeste koellichamen zijn goedkoop en bieden een economische oplossing voor thermisch beheer in PCB-ontwerpen.
• Laag gewicht: Veel koellichamen zijn gemaakt van koper of aluminium, die een uitstekende thermische weerstand bieden zonder veel gewicht aan het bord toe te voegen.

De uitdagingen van een koellichaam

Hoewel koellichamen meerdere voordelen bieden voor het thermisch beheer van PCB's, zijn er aanzienlijke uitdagingen bij het ontwerpen van PCB's. Enkele van de meest prominente uitdagingen bij koellichamen op PCB's zijn:

• Mechanische hechtingsproblemen: PCB-koellichamen hebben mechanische bevestigingen, zoals push-pins en z-clips, waarvoor ankers in het bord moeten worden geboord, waardoor schade ontstaat als het ontwerp later moet worden gewijzigd.
• Niet-mechanische bevestigingsproblemen: Een niet-mechanische bevestiging met lijm of epoxy vormt een hoog risico op beschadiging van een apparaat tijdens verwijdering als gevolg van mechanische belasting. Bovendien is het aanbrengen van niet-mechanische hulpstukken moeilijk vanwege de lage vloei-eigenschappen van thermische lijmen en epoxy's - deze hulpstukken moeten perfect zijn en vrij van luchtbellen om een ​​optimaal thermisch beheer te bereiken, maar om dat te bereiken is druk nodig die het bord kan breken.
• Vereisten voor loskoppelen: Een ander complex probleem voor PCB-koellichamen is het feit dat het koellichaam verwijderbaar moet zijn. In het geval dat iemand het bord moet onderhouden, moet hij of zij het koellichaam kunnen verwijderen zonder het bord te beschadigen. Dat is vooral moeilijk voor hulpstukken die lijm gebruiken.

Tips voor het kiezen van de juiste warmteafleider

Het toevoegen van een koellichaam aan een PCB heeft invloed op het ontwerp, met name het vermogen van het ontwerp om zonder schade te worden herwerkt. Houd bij het zoeken naar de juiste koellichaambevestiging voor een PCB rekening met verschillende factoren:

• Thermische vereisten: Voordat u koellichamen overweegt, moet u het thermische ontwerpprofiel (TDP) van de PCB-componenten en hun optimale bedrijfstemperaturen kennen. Deze informatie geeft het stroomverbruik van een onderdeel aan en hoeveel thermisch beheer nodig is om het operationeel te houden.
• Ruimtevereisten:Bepaal hoeveel ruimte er beschikbaar is voor een koellichaam in het ontwerp. Deze onderdelen zijn er in verschillende maten en ontwerpen, dus het is essentieel om te weten of er ruimte is voor een koellichaam in een PCB-ontwerp.
• Ontwerp koellichaam: Als u eenmaal de beperkingen en vereisten van het PCB-ontwerp kent, moet u nadenken over de verschillende ontwerpen van koellichamen. Deze variabelen omvatten materiaaleigenschappen en dimensionale kenmerken, zoals de grootte van het koellichaam, het aantal vinnen erop en de afstand tussen de vinnen.
• Montagetechniek: Bedenk tot slot hoe het koellichaam op de printplaat moet worden bevestigd. Afhankelijk van het specifieke koellichaam en de eisen van het ontwerp, kunt u kiezen voor een mechanische of niet-mechanische bevestigingstechniek. Houd in ieder geval goed rekening met de unieke nadelen van elke bevestigingstechniek.

Neem vandaag nog contact op met Millennium Circuits

Als een zeer effectieve, goedkope passieve thermische overdrachttool, kunnen koellichamen vele doeleinden dienen voor PCB-ontwerp. Als u een ontwerp wilt implementeren met een koellichaam, kan Millennium Circuits Limited u helpen.

Millennium Circuits Limited levert hoogwaardige PCB's aan technici. Ongeacht uw branche, onze selectie van PCB-technologieën zorgt ervoor dat u een betrouwbare en functionele PCB in het hart van uw apparaten hebt. Neem vandaag nog contact op met MCL voor meer informatie over onze producten en mogelijkheden.