PCBの発熱を減らすいくつかのPCB熱管理技術
PCBの発熱を減らすいくつかのPCB熱管理技術
公開日時:
2024-07-04
熱的に安定したPCBを製造するためには、設計段階で熱効果を検討する必要がある。
▶ホットスポットと大電流の配線を識別します
熱的に安定したPCBを製造するためには、設計段階で熱効果を検討する必要がある。熱設計の最初のステップはホットスポットを識別することです。熱モデリングや熱シミュレーション技術は、ホットスポットを探すために使用されます。また、大電流が流れると熱が発生するため、電流分析も必要です。
コンポーネントと大電流の線の正確な幾何学的配列は熱の均一な分布を実現できる。大電流の配線は、センサーやオペアンプなどの熱センサ素子から離れなければならない。
▶銅の厚さと線の幅
銅パッドや配線の厚さと幅はPCBの熱設計において重要な役割を果たしている。銅線の厚さは、それを通過する電流に低インピーダンス経路を提供するのに十分でなければならない。これは、銅の配線と貫通孔の抵抗が顕著な電力損失と熱を発生させ、特に高電流密度を受ける場合に発生するからである。そのため、熱の発生を減らすために十分な走行幅と厚さがあることをお勧めします。
▶PCB熱管理におけるパッド設計
糸の厚さと同じように、パッドの厚さも重要です。熱は直接上部の銅層に放出される。したがって、トップの銅パッドは、十分な放熱を提供するのに十分な厚さと面積を有さなければならない。
PCB設計にヒートシンクがある場合、通常は底部銅溶接盤に取り付けられます。したがって、底部の銅パッドは、熱が効率的にラジエータに伝わるように、十分な被覆範囲を持たなければならない。
部品ピンはPCBに溶接され、パッドで支えられている。この素子はパッドに直接接続され、PCBの熱抵抗が非常に低い。回路基板には、熱伝導パッドという特殊なパッドが使用されています。このパッドは薄い橋を介して周囲に注湯された銅にしか接続されていない。
素子パッケージとパッドを接続するためのはんだペーストは最小限でなければならない。はんだペーストが多すぎると、リフロー中に素子が溶融したはんだプールに浮遊する可能性がある。このような状況が発生すると、素子は移動することが多い。パッケージフロート問題の解決策は、はんだペーストの体積を最適化することである。
▶PCB中高出力素子の配置
写真図: PCBに置かれた高出力素子
より良い放熱のために、プロセッサやマイクロコントローラなどのハイパワー部品はPCBの中心に置く。ハイパワー素子をプレートの縁に近い位置に取り付けると、縁に熱が蓄積され、局所的な温度上昇を招く。しかし、デバイスが回路基板の中心に置かれると、熱はあらゆる方向に表面に拡散します。これにより、PCBの表面温度が低く、放熱しやすい。また、高出力コンポーネントをセンシティブなデバイスから離れた位置に配置し、2つの高出力デバイス間で適切な間隔を保っていることを確認してください。高出力コンポーネントをPCB上に均等に配置してみます。
▶PCBの放熱のための熱貫通孔
放熱孔は回路基板の放熱の最も簡単な方法である。続ける前に、熱抵抗を理解してみましょう。熱抵抗は、熱が導体を流れる障害を阻害する定量化用語である。これは、閉じた表面の2点間の温度差を総熱流で割ることに等しい。
熱抵抗: Rth = T1-T2/P (熱流量)= △ T(温度差 ) / P (熱流量)【 ℃/W】
上式から分かるように、熱抵抗が高いほど、熱流と放熱が困難になる。厚い材料は薄い材料より熱抵抗が低い。そのため、厚くて熱抵抗の低いPCB材料は、より多くの熱を放散することができる。
放熱率を高めるために、放熱孔は良い選択である。これらは熱伝導金属バレルで、上部銅から回路基板の底部表面までの低熱抵抗経路を提供します。これらの貫通孔は、伝導方法を使用する散逸プロセスを促進するために、加熱アセンブリの真下に統合されている。
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2024-11-07
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