Kaart van thermische hotspots op printplaten: handleiding voor simulatie en analyse

Introductie

Krachtige componenten creëren geconcentreerde thermische hotspots op printplaten, wat na massaproductie gemakkelijk kan leiden tot voortijdige componentuitval. Een kaart met thermische hotspots op printplaten visualiseert gelokaliseerde oververhittingszones, waardoor u de opbouw van de printplaat kunt optimaliseren en het risico op thermische storingen vóór de productie kunt elimineren.

Wat is een PCB-kaart met thermische hotspots en waarom is deze belangrijk bij het ontwerpen van printplaten?

Een thermische hotspotkaart van een printplaat is een visualisatie van de temperatuur waarmee je precies kunt zien waar de warmte zich op je printplaat bevindt terwijl deze functioneert. Thermische beeldvorming kan helpen bij het opsporen van lokale warmtezones die bijdragen aan storingen, waardoor engineers de warmteafvoer en betrouwbaarheid kunnen optimaliseren.

Kerntechnische doelstellingen van thermische kartering

• Valideer thermische profielen vroegtijdig: Controleer het thermische profiel met een thermische hotspotkaart om ervoor te zorgen dat het profiel van de printplaatassemblage vóór de productie is geverifieerd.
• Voorspel de temperaturen van kritieke componenten: Je kunt de warmtefluxdichtheid en thermische gradiënten simuleren om de maximale junctietemperatuur van krachtige componenten zoals meerfasige VRM's te bepalen.
• Optimaliseer de koelkanalen: Deze simulatiegegevens helpen u bij het ontwerpen van efficiënte geleidingspaden en het plannen van effectieve convectiekoelingsstrategieën in de beginfase van het ontwerp.
• Voorkom hardwarestoringen: Om hardwarestoringen te voorkomen, kan thermische analyse van de printplaat uw printplaat beschermen tegen structurele schade, voorkomen dat uw microprocessor oververhit raakt en de veiligheidsnormen van uw product waarborgen.

Typische hotspots

De zones op het bord waar de hitte het meest voorkomt, vereisen nauwlettende controle.

Vermogens-IC's en schakelregelaars

Vermogens-IC's en schakelregelaars verwerken hoge stromen en spanningen, waardoor ze de belangrijkste bron van warmteontwikkeling op de meeste printplaten vormen. Het gebruik van een solide thermische via-array en een warmteverspreider is essentieel om de warmte van deze componenten af ​​te voeren.

Discrete MOSFET's en diodes

Het schakelen met hoge frequentie in MOSFET's veroorzaakt hoge, plaatselijke thermische spanningen. Door de juiste thermische weerstand tussen junctie en behuizing te berekenen, kunnen voldoende koperen aardingsvlakken worden ontworpen om de koeling te garanderen.

Smalle, hoogstroom voedingssporen

Beperkte paden voor koper beperken de stroomdoorgang aanzienlijk en veroorzaken fatale Joule-verwarming. Door de stroomdichtheid en temperatuurstijging van de sporen te berekenen, kunt u de spoorbreedtes corrigeren.

BGA-regio's (Ball Grid Array) met hoge dichtheid

BGA's bevatten honderden pinnen die zeer dicht op elkaar gepakt zijn, wat koeling verhindert.

Wat veroorzaakt thermische hotspots op een printplaat?

Thermische hotspots ontstaan ​​op een printplaat wanneer de plaatselijke warmteontwikkeling de warmteafvoercapaciteit overschrijdt. De warmteophoping wordt veroorzaakt door een onevenwicht tussen de hoeveelheid warmte die de componenten produceren en de snelheid waarmee de printplaat deze afvoert. Het gebruik van een hoge vermogensdichtheid, dunne sporen, een slechte koperdekking en een beperkte luchtstroom houdt deze energie vast, wat leidt tot oververhitting van de componenten.

Elektrische realiteit: Joule-verwarming (I²R-verliezen)

De plaatselijke oververhitting van de printplaat wordt voornamelijk veroorzaakt door Joule-verwarming. Wanneer elektrische energie door een geleider met een eigen weerstand stroomt, wordt deze altijd omgezet in warmte. Bij het implementeren van thermisch beheer op printplaten voor toepassingen met hoog vermogen , kunt u knelpunten voorkomen door de stroomdichtheid en temperatuurstijging van de sporen te bepalen. Voedingssporen die te smal of te lang zijn, kunnen de stroomdoorgang beperken. Dit kan het vermogensverlies aanzienlijk verhogen en gevaarlijke zones met hoge temperaturen creëren.

Structurele en milieugerelateerde knelpunten

Slechte omgevingsplanning en structurele fouten beperken het koelvermogen van een printplaat aanzienlijk. Wanneer koper ongelijkmatig over de lagen is verdeeld, wordt het continue geleidingspad onderbroken, wat nodig is om warmte af te voeren. Bovendien blokkeren hoge componenten in de buurt van krachtige IC's de luchtstromen en verstoren ze de convectiekoeling. Zonder CFD-analyse op behuizingsniveau kunnen beperkingen in de luchtstroom en ophopingen van warme lucht over het hoofd worden gezien, waardoor het thermische risico toeneemt.

Thermische weerstand en effecten van junctie naar omgeving

Thermische weerstand is een fysische eigenschap die beschrijft in hoeverre een materiaal of structuur de warmteafvoer van de siliciumchip tegenwerkt. Interne warmte kan niet soepel van de chipverbinding naar de omgevingslucht stromen vanwege de hoge thermische impedantie. Anders zal de temperatuur van de verbinding stijgen als uw lay-out geen dicht netwerk van thermische via's of een goed geoptimaliseerde warmteverspreider bevat. Het toepassen van de juiste randvoorwaarden tijdens de thermische analyse van de printplaat helpt om componenten binnen veilige temperatuurlimieten te houden.

Hoe wordt een thermische hotspotkaart van een printplaat gemaakt (simulatie versus meting)?

Een kaart van de thermische hotspots op een printplaat wordt gemaakt met behulp van computersimulaties of hardwarematige meetinstrumenten. Een warmteoverdrachtsanalyse wordt doorgaans uitgevoerd tijdens het ontwerp van het product en tijdens metingen worden de werkelijke temperaturen bevestigd.

Digitale preproductie voorspellende modellering (simulatie)

De simulatie helpt u bij het identificeren van oververhittingsproblemen en het oplossen ervan voordat u investeert in de productie.

Randvoorwaarden en energiebudgetten definiëren

Voer in uw software nauwkeurige vermogensspecificaties in voor uw apparaat en stel randvoorwaarden in voor de stationaire thermische oplossing. Dit omvat het definiëren van limieten voor de omgevingstemperatuur, de luchtstroomsnelheid en nauwkeurige waarden voor het vermogensverlies van elk actief onderdeel.

Computationele vloeistofdynamica (CFD) versus eindige-elementenanalyse (FEA)

In een CFD-modelleertool wordt het gedrag van luchtstroming en convectiekoeling in een gesimuleerde omgeving geobserveerd. Een FEA-solver daarentegen houdt zich alleen bezig met warmtegeleiding door vaste materialen, zoals de koperlagen en de diëlektrische basis van de printplaat.

Gekoppelde elektrothermische modellering (rekening houdend met dynamische temperatuur-weerstandsverschuivingen)

De techniek brengt de wisselwerking in kaart tussen stijgende kopertemperaturen en de gelijktijdig veranderende elektrische weerstand van uw printsporen. Wanneer u een geïntegreerde Celsius-solver gebruikt, legt uw simulatie dit veranderlijke elektrische en thermische gedrag nauwkeurig vast.

Fysieke empirische validatie (meting)

Benchmark-stresstests worden uitgevoerd op de daadwerkelijk ingeschakelde printplaat om de werkelijke warmteafvoer te verifiëren.

Contactloze infrarood (IR) camera thermografie

Een warmtebeeldcamera wordt gebruikt om het oppervlak van de printplaat vast te leggen met behulp van een infraroodcamera. Dit maakt een realtime, hoge-resolutie en contactloze afbeelding van het component mogelijk. Voor glanzende oppervlakken kan een emissiviteitscorrectie nodig zijn om de nauwkeurigheid van de infraroodmeting te verbeteren.

Oppervlakte-gemonteerde thermokoppelmeting

Thermokoppels geven zeer nauwkeurige en directe temperatuurmetingen doordat er fysieke draadsensoren op de behuizing van het component zijn bevestigd. Deze contactmethode biedt een nauwkeurige basislijn om de cruciale interne junctietemperatuurmetingen te verifiëren.

Het vergelijken van simulatieafwijkingen met fysieke laboratoriumtests

Om afwijkingen te vinden, moet u de fysieke testgegevens vergelijken met de oorspronkelijke voorspellingen van uw PCB-thermische analysesoftware. Door uw softwaremodellen aan te passen op basis van de daadwerkelijke fysieke experimenten, kunt u toekomstige productiesimulaties beter kalibreren.

Hoe lees je een thermische hotspotkaart van een printplaat als een ingenieur?

Door de temperatuurgradiënten op de thermische hotspotkaart van de printplaat te analyseren, kunt u de hotspots lokaliseren. De richting van de warmtestroom en de kleurenschaal maken het eenvoudig om temperatuurrisico's te herkennen voordat er schade optreedt.

Het ontcijferen van de chromatische temperatuurschaal

1. Kritieke hogetemperatuurzones: Extreme temperatuurpieken waarbij componenten direct thermisch kunnen doorslaan.
2. Secties met gematigde hitte: De gele en oranje gebieden geven een gemiddelde temperatuur aan, wat erop wijst dat de temperatuur aan het stijgen is en nauwlettend in de gaten gehouden moet worden.
3. Veilige werkgebieden: De gebieden die in groene en blauwe tinten zijn gemarkeerd, zijn regio's met lage temperaturen waar warmte veilig en effectief kan worden afgevoerd.

Analyse van warmtestroomdynamiek en -vectoren

1. Volg de warmtebeweging: Wanneer componenten actief zijn en vermogen afvoeren, moet het pad dat de warmte aflegt, worden bewaakt terwijl deze zich verplaatst van componenten met een hoog vermogen naar aangrenzende sporen en koperen aardingsvlakken.
2. Identificeer geblokkeerde paden: Als u een dichte thermische opeenhoping rond een enkel component waarneemt, dan is het stroomgeleidingspad door de structuur geblokkeerd.
3. Locatie via plaatsingen: Door dicht opeengepakte thermische gradiëntlijnen te herkennen, weet je precies waar je een thermische via-array moet toevoegen om de warmte soepel af te voeren.

Welke invloed hebben PCB-materialen en de opbouw ervan op thermische hotspots?

De warmteoverdracht door een printplaat is afhankelijk van het type substraatmateriaal en de lay-up configuratie. Een gebrekkig geplande materiaalopbouw houdt warmte vast in de binnenste lagen, wat kan leiden tot ernstige, plaatselijke hotspots.

Vergelijking en selectie van substraatmaterialen

Je eerste verdedigingslinie tegen thermische clustering met een destructief effect is de keuze van je basis.

FR4

FR4-printplaten zijn slechte warmtegeleiders en houden warmte gemakkelijk vast in de printplaat. Bij ontwerpen met een hoge vermogensdichtheid is een standaard FR4-structuur niet aan te raden, omdat er hotspots rond de actieve componenten kunnen ontstaan.

Hoge Tg

FR4 met een hoge Tg-waarde kan aanzienlijk hogere bedrijfstemperaturen verdragen voordat het zachter wordt, waardoor het perfect is voor meerlaagse constructies. Hoewel het de basiswarmteoverdracht niet significant verbetert, voorkomt het wel kromtrekken en delaminatie van de printplaat bij hoge temperaturen.

MCPCB

Printplaten met een metalen kern bestaan ​​uit een basisplaat van aluminium of koper die de warmte efficiënt van de componenten afvoert. Dankzij hun structurele ontwerp hebben zeer efficiënte LED-systemen en voedingsmodules voor auto's een uitstekende warmteafvoer, wat de industriële standaard is geworden.

Keramisch

Keramische substraten van aluminiumnitride bieden een uitzonderlijke thermische geleidbaarheid. In tegenstelling tot printplaten met een metalen kern (MCPCB's) hebben ze geen aparte diëlektrische isolatielaag nodig, wat resulteert in een extreem lage verticale thermische weerstand. Deze extreem lage thermische weerstand maakt ze ideaal voor hoogvermogen RF-, ruimtevaart- en hoogdichte meerfasige VRM-systemen.

Geavanceerde Stack-up en Foil-architectuur

Het aanbrengen van dikke koperfolie op de buitenste lagen is vergelijkbaar met het inbouwen van warmteverspreiders in je printplaat. Hierdoor wordt de algehele temperatuurgradiënt verlaagd. Door een dicht netwerk van thermische via's te gebruiken om deze dikke koperlagen met elkaar te verbinden, kan de warmte soepel naar de binnenste massalagen worden overgedragen. Voordat je met de daadwerkelijke productie begint, is het raadzaam om een ​​gedetailleerde thermische simulatie met PADS of FLOEFD uit te voeren om deze opbouw te optimaliseren.

Welke invloed heeft de plaatsing van componenten op thermische hotspots op de printplaat?

De opstelling van uw componenten bepaalt de warmteverdeling in een circuit tijdens gebruik. Het te dicht bij elkaar plaatsen van krachtige componenten veroorzaakt een sterke warmteconcentratie, terwijl een strategische geometrische plaatsing de warmte gelijkmatig verdeelt en uw systeem beschermt.

Geometrische lay-out afstandstrategieën

Om te voorkomen dat er zich te hoge temperaturen voordoen, is het raadzaam om de krachtige componenten verspreid over het printplaatoppervlak te plaatsen in plaats van ze allemaal op één plek te concentreren. Wanneer warmteproducerende componenten voldoende afstand van elkaar hebben, kunnen de koperen massavlakken efficiënt als natuurlijke warmteverspreiders fungeren. Probeer bovendien thermisch gevoelige onderdelen, zoals elektrolytische condensatoren en microprocessoren, uit de buurt van de vermogens-IC's en schakelaars te houden. Door strikte ontwerprichtlijnen voor de plaatsing van thermische via's onder BGA's te volgen, zorgt u ervoor dat dicht bij elkaar geplaatste componenten een duidelijke warmteafvoerroute hebben om de interne junctietemperatuur te verlagen.

Afstemming met omgevingskoeling op systeemniveau

Om de convectiekoeling te maximaliseren, moet de lay-out van uw printplaat afgestemd zijn op de inlaat- en uitlaatkanalen van de behuizing. Voor een betere koelingsefficiëntie moeten de warmste elektronische componenten, zoals de meerfasige ASIC VRM of discrete MOSFET's, direct in de primaire luchtstroomrichting worden geplaatst (zoals aangegeven in de bijbehorende afbeelding). Plaats nooit hoge componenten (spoelen, connectoren, enz.) direct voor deze warmtebronnen, omdat deze de luchtstroom belemmeren en warmteophoping veroorzaken. Door middel van een gedetailleerde CFD-simulatie in de lay-outfase wordt de componentoriëntatie geoptimaliseerd voor de omgevingsluchtstroom in het systeem, waardoor throttling van de microprocessor wordt voorkomen.

Hoe kun je thermische hotspots op printplaten verminderen met behulp van routing en koperontwerp?

Om hotspots op printplaten van koper te minimaliseren, kunt u de koperdikte vergroten, de stroomvoerende sporen verbreden en massieve aardingsvlakken gebruiken. Door deze routingstrategieën toe te passen, kunt u de elektrische weerstand verlagen en een pad met lage weerstand creëren om warmte af te voeren van gevoelige componenten.

Optimalisatie van spoorbreedte en geometrie

Wanneer de geometrie van uw printsporen is geoptimaliseerd, worden plaatselijke opwarmingszones veroorzaakt door hoge stroomsterkte geëlimineerd. Let er bij het routeren van netten met een hoge stroomsterkte op dat u scherpe hoeken van 90 graden vermijdt. Deze creëren stroombeperkingen en veroorzaken warmteophoping. Het is aan te raden om hoeken van 45 graden af ​​te ronden of gebogen printsporen te gebruiken. Gebruik altijd de calculators voor stroomdichtheid en temperatuurstijging van uw printsporen om ervoor te zorgen dat de breedte van uw printspoor de trekstroom veilig kan verwerken.

Vlakkenoverstromingen en balanceringsstrategieën

Massieve koperen vlakken, gebruikt om grote delen van de printplaat te bedekken, zorgen voor een enorme verbetering van de warmteafvoer. Door de krachtige componenten rechtstreeks op deze koperen vlakken aan te sluiten, fungeert het substraat van de printplaat als een zeer effectieve warmteverspreider. Het is essentieel om dit koper gelijkmatig over de interne lagen te verdelen om thermische vervorming tijdens de productie te voorkomen. Met behulp van een gespecialiseerde FEA-simulator voor DC-voedingsintegriteitssimulatie kunnen hotspots worden geïdentificeerd. Dit helpt bij het beoordelen van de effectiviteit van de koperen vlakken vóór de definitieve lay-out.

Hoe verminderen thermische via's en koelplaten hotspots?

Door als een pad met lage weerstand te fungeren, maken thermische via's en koelplaten de afvoer van overtollige warmte van uw componenten naar buiten mogelijk. Dichte arrays van thermische via's in combinatie met externe koelhardware regelen de temperatuur van de componentverbindingen en voorkomen structurele schade aan de printplaat.

Thermische via-veldindeling en -optimalisatie

Door een goed ontworpen thermische via-configuratie te gebruiken, kunt u de interne junctietemperatuur verlagen door de warmte door de lagen van uw printplaat te leiden.

Richtlijnen voor dimensionering (gericht op een diameter van 0.3 mm met een rasterafstand van 1 mm)

Om maximale warmteoverdracht te garanderen, dient u standaard thermische via's met een buitendiameter van 0.3 mm te gebruiken in een raster met een pitch van 1.0 mm. Door uw ontwerpvoorschriften voor de plaatsing van BGA-thermische via's binnen deze afmetingen te houden, bereikt u de beste combinatie van hoge structurele sterkte en lage thermische weerstand.

Via-in-pad-ontwerpen en het voorkomen van soldeerophoping (tenting versus capping-structuren)

Wanneer deze via's in de soldeerpunten van componenten worden geplaatst, komt er ruimte vrij voor het component. Tijdens het reflow-solderen kan soldeer echter door de via-openingen heen sijpelen, wat resulteert in onvoldoende soldeerverbindingen (droge verbindingen). Om een ​​droge verbinding te voorkomen, moet u in uw fab-bestanden tenting- of capping-structuren specificeren die de via-openingen volledig afdekken.

Prestatieschaalvergroting van geleidende epoxy en met koper gevulde via's

Door thermische via's op te vullen met geleidende epoxy of ze te bekleden met massief koper, kunt u de verticale warmtegeleiding van uw printplaat aanzienlijk verbeteren. Massief koperen vullingen in via's hebben de beste thermische geleidbaarheid en helpen de temperatuurgradiëntpieken te voorkomen die optreden bij zware meerfasige VRM's.

Mechanisme en interface van de externe koelplaat

In uw PCB-layout fungeert de mechanische koeling als de laatste schakel in de overdracht van energie naar de omgevingslucht.

Het afstemmen van vinvormen en materialen (geëxtrudeerd aluminium versus koper)

De specifieke warmtefluxdichtheid en gewichtsbeperkingen van uw printplaat bepalen of u geëxtrudeerd aluminium of koper moet gebruiken. Geëxtrudeerde aluminium koelplaten zijn erg licht en kosteneffectief. Koperen koelplaten daarentegen bieden een tweemaal zo hoge thermische geleidbaarheid, waardoor ongewenste temperatuurpieken op krachtige chips worden voorkomen.

Het verminderen van mechanische contactweerstand met behulp van thermische interface materialen (TIM's)

Luchtspleten tussen de behuizing van een component en een metalen koelplaat kunnen worden opgevuld met microscopisch kleine luchtspleten die sterke thermische barrières vormen. Door gebruik te maken van een hoogwaardig thermisch interface materiaal (TIM) worden deze onzichtbare oppervlaktedefecten opgevuld en de contactweerstand aanzienlijk verlaagd, waardoor een soepele warmtegeleiding vanuit de chip wordt gegarandeerd.

Het selecteren van TIM-profielen (gap pads, thermische pasta's en faseveranderingsmaterialen)

Om te voorkomen dat de microprocessor de prestaties beperkt, moet het TIM- profiel worden afgestemd op de fysieke assemblagevereisten. Zachte spleetpads dichten effectief grote structurele openingen af, traditionele thermische pasta's zorgen voor een ultralage thermische weerstand op vlakke oppervlakken en faseveranderingsmaterialen worden vloeibaar bij bedrijfstemperaturen voor optimale warmteoverdracht.

Welke koelmethoden helpen bij het beheersen van hotspots op printplaten?

Een combinatie van passieve warmteverspreiders en actieve mechanische luchtkoelingssystemen of moderne vloeistofkoelingstechnologieën wordt gebruikt om hotspots op printplaten te beheersen. De technieken die we zullen bespreken, helpen de algehele temperatuurgradiënt van uw printplaat te verlagen door opgesloten warmte-energie weg te leiden van gevoelige siliciumcomponenten en deze effectief in de omgeving af te voeren.

Passieve koelarchitecturen

Passieve koeling werkt volledig op basis van de thermodynamica van de natuur, door middel van geleiding en natuurlijke luchtstromen, om de temperatuur van uw printplaat te stabiliseren. Deze techniek werkt zonder elektriciteit en maakt gebruik van massieve koperen vlakken, een dicht netwerk van thermische via's en op het oppervlak gemonteerde koelribben die warmte van actieve componenten afvoeren. Passieve lay-outs verbeteren het geleidingspad. Door warmte over een groter oppervlak af te voeren, wordt convectiekoeling bevorderd, wat efficiënt en stil is. Het is zeer betrouwbaar en economisch, hoewel de warmteafvoer beperkt is door de omgevingstemperatuur en het beschikbare oppervlak.

Actieve en geavanceerde koeltechnologieën

Geavanceerde koeloplossingen en actieve koeltechnologieën maken gebruik van externe stroom om warmte af te voeren van krachtige componenten die aan zware belastingen worden blootgesteld. Om throttling te voorkomen, kunnen mechanische ventilatoren worden geïnstalleerd voor CFD-geoptimaliseerde geforceerde luchtkoeling van de behuizing, of kunnen vloeistofkoelblokken direct op de microprocessoren worden geplaatst. Voor toepassingen die temperaturen onder de omgevingstemperatuur vereisen in extreme omstandigheden, worden thermo-elektrische koelers (TEC's) gebruikt. Gesloten-lus warmtebuizen met faseovergang worden ingezet voor zeer efficiënte passieve warmteverspreiding bij temperaturen nabij de omgevingstemperatuur. Het gebruik van deze dynamische systemen verlaagt de junctietemperatuur van componenten zo significant dat meerfasige VRM's en compacte BGA's veilig op volle belasting kunnen werken.

Veelvoorkomende ontwerpfouten bij thermische hotspots op printplaten en hoe u deze kunt vermijden

Ontwerpfouten die thermische hotspots veroorzaken, ontstaan ​​vaak doordat engineers niet vroegtijdig rekening houden met elementen voor thermisch beheer bij de plaatsing en routing van componenten. Zeg vaarwel tegen potentiële problemen door thermische knelpunten die worden veroorzaakt door de mogelijkheden van de behuizing en de PCB-layout. U kunt deze knelpunten met hoge temperaturen eenvoudig vermijden door componenten met een hoog vermogen te spreiden, doorlopende koperlagen te integreren en vroeg in uw ontwerpproces softwaresimulaties uit te voeren.

Kritieke architectonische fouten

Als je bij het ontwerpen van de lay-out vanaf het begin geen rekening houdt met de warmteafvoer, kan de hardware defect raken.

Thermische simulatie uitstellen tot na de lay-out van de prototypes.

Het uitstellen van de thermische analyse tot de fysieke printplaten zijn geproduceerd, kan leiden tot kostbare en tijdrovende herontwerpen. In een vroeg stadium van uw workflow is het belangrijk om de planningshandleiding voor thermische simulaties van krachtige IC's te gebruiken om hotspots digitaal op te sporen en te elimineren.

Het te dicht op elkaar plaatsen van MOSFET's met hoge stroomsterkte en inductoren.

De samenvoeging van veel zware, warmtegenererende componenten over een korte afstand creëert een enorme thermische concentratiezone. Deze hoge concentratie zal de lokale temperatuur snel doen stijgen, wat kan leiden tot thermische schade en defecten aan de componenten.

Het leveren van onvoldoende koperen ruimte voor warmteafvoer.

Als u smalle printsporen of sterk geïsoleerde koperen vullingen gebruikt, kan dit uw krachtige componenten een betrouwbare geleidingsweg ontnemen. Door het tekort aan koper zal de gegenereerde warmte-energie de temperatuur van de componentbehuizing enorm doen stijgen.

Het blokkeren van primaire luchtstroomkanalen met hoge mechanische componenten

Plaats geen hoge onderdelen zoals grote elektrolytische condensatoren of grote connectoren direct voor de voeding, omdat dit de luchtstroom naar de voedingselementen blokkeert. Deze obstructie belemmert de efficiëntie van de convectiekoeling en zorgt voor hete, stilstaande luchtstromen rond de printplaat.

Checklist voor beste praktijken bij het oplossen van problemen

• Simuleer vroegtijdig: Altijd rennen CFD Of voer een eindige-elementenanalyse uit voordat u de lay-out van uw component definitief vastlegt, om nauwkeurige grenzen te garanderen.
• Warmtebronnen isoleren: Plaats alle MOSFETs met hoge stroomsterkte, meerfasige VRM's en spoelen zo ver mogelijk uit elkaar op de printplaat.
• Maximaliseer de koperen vullingen: Zorg ervoor dat de koperlagen zo dik mogelijk zijn en dat er een aanzienlijke hoeveelheid koper voor de aarding wordt gebruikt om hotspots in lokale gebieden van hoogvermogencircuits te minimaliseren.
• Zorg voor vrije luchtstroom: Plaats de hoogste componenten op uw moederbord in de richting van de luchtstroom van uw behuizingsventilatoren om te voorkomen dat de luchtstroom wordt geblokkeerd.
• Thermische via's inzetten: Gebruik altijd een dichte thermische via-array onder de hoogvermogen SMD-pads om de interne junctietemperaturen te verlagen.

Veelgestelde vragen

Welke tools worden gebruikt voor thermische hotspotanalyse op printplaten?

Je kunt simulatiesoftware gebruiken zoals FLOEFD, PADS thermal en de Ansys Celsius-solver. Ontwerpers modelleren de warmteverdeling digitaal tijdens de ontwerpfase. Na de bouw van het fysieke prototype kunnen een infraroodcamera of contactthermokoppels worden gebruikt om realtime temperatuurprofielen te verkrijgen onder actieve belasting. Hiermee kun je snel zones met hoge temperaturen opsporen en corrigeren vóór de uiteindelijke productie.

Welke temperatuur wordt beschouwd als een hotspot in PCB-ontwerp?

Een hotspot is een lokaal gebied op uw printplaat dat tijdens normaal gebruik een temperatuur van 85°C tot 100°C bereikt. Alle gebieden met een hoge temperatuur moeten door een engineer worden gecontroleerd vanwege de verhoogde kans op veroudering en defecten van nabijgelegen componenten. Berekeningen van de thermische weerstand van junctie tot behuizing moeten worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat de individuele siliciumchips ruim onder hun thermische nominale waarde blijven.

Hoeveel thermische via's zijn voldoende onder een vermogens-IC?

Bij standaard engineeringpraktijken wordt een 4×4 of 5×5 raster van elementen met een diameter van 0.3 mm en een onderlinge afstand van 1 mm gebruikt voor goede thermische prestaties. Door een FEA-simulatie uit te voeren om de lokale temperatuurdaling te observeren, kunt u het precieze aantal via's bepalen. Wanneer uw simulatie aangeeft dat het toevoegen van extra gaten de componenttemperatuur niet significant verlaagt, stop dan met het toevoegen van via's.

Kan FR4 hoge thermische hotspots aan?

Standaard FR4 geleidt of straalt warmte slecht uit en heeft de neiging warmte vast te houden. Het is niet de beste keuze voor intense hotspots. Hoewel het materiaal temperaturen tot aan de glastemperatuur kan weerstaan ​​zonder fysieke degradatie, zal de opgesloten warmte snel leiden tot oververhitting van nabijgelegen actieve componenten. U dient methoden te gebruiken om lokale hotspots rond een pin te beperken en koperen aardingsvlakken, FR4 met een hoge Tg-waarde en substraten met een metalen kern te gebruiken om uw circuit te beschermen.

Conclusie

Bij PCBTok produceren we zowel standaard printplaten als krachtige printplaten die volledig voldoen aan de IPC Klasse 2 en 3 normen . We ondersteunen geavanceerde thermische beheersingsprocessen met nauwe toleranties. Zo zorgen we ervoor dat uw fysieke printplaten perfect overeenkomen met de voorspellingen van de thermische hotspots op uw printplaat . Onze fabricagemogelijkheden omvatten dikke koperlagen , gespecialiseerde High-Tg FR4 -verwerking en robuuste implementatie van thermische via-arrays om lokale warmtezones permanent te elimineren.

Dien uw projectbestanden vandaag nog in voor een gratis DFM-controle en professioneel advies over de productie.