熱設計と試験:不正常なPCBA加熱に対する解決策

PCBA (プリント回路板組) の異常な加熱は,性能,信頼性,寿命電子製品熱設計と厳格な試験これらの熱関連の問題を解決し緩和するために不可欠です

異常なPCBA加熱を理解する

PCBAの過熱は,通常,いくつかの要因によって引き起こされます.

• 高電力消費:コンポーネント (CPU,GPU,電源IC,LEDなど) は,消耗する電源に比例して熱を生成します.
• 不効率な構成要素のレイアウト:位置が不適切であれば 熱点が特定されるか 空気の流れが妨げられる可能性があります
• 熱散路が不十分であるPCBの痕跡に銅が不足し,熱経路が不足し,熱シンクとの熱インターフェースが不十分です.
• 十分な冷却メカニズムがない:暖房,扇風機,または適切な室内換気がない.
• 環境要因高温は暖房問題を悪化させる

熱 設計: 熱 が 発生 する 前 に 防止 する

効果的な熱設計は,PCBAに熱管理を基礎から構築することです.主な戦略には以下が含まれます:

1. コンポーネント選択:

   • 優先順位をエネルギー効率の高い部品静止電流の低さと効率の向上です
   • 構成要素を選択する適切な熱抵抗予想される電力消耗のために

2. PCB レイアウトの最適化

   • 戦略的構成要素の配置高出力を分散させる部品 (例えば,電源IC,プロセッサ,電圧調節器) を熱に敏感な部品 (例えば,センサー,高精度アナログ回路,電解コンデンサ) から遠ざける.
   • 熱線: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.
   • コッパーの流し/平面:大型銅の注入物や専用地面/パワースプレーンを熱を散布する層熱を熱点から遠ざけるため 銅が多くなるほど 熱伝導性が向上します
   • トレースサイズ:電力回路が,過度の抵抗加熱なしに必要な電流を運ぶのに十分広いことを確認する (私は2R損失)

3. 消熱装置と扇風機

   • 消熱器:熱シンク を 高 電力 の 部品 に 直 に 接続 する.これら は,周囲 の 空気 に 熱 を 伝達 する 表面 面積 を 増やす.コンポーネントとシーンの間に適切な熱インターフェース材料 (TIM) が不可欠です.
   • ファン:熱流とPCBAの上での空気流を大幅に増加させ,熱を除去するのに役立ちます.扇風機の選択は,空気流,ノイズ,電力消費量.

4. 容器の設計:

   • 換気:壁には十分な風口と戦略的に配置された開口があり,自然的なコンベクション (煙突効果) または扇風機からの強制的な空気流を可能にするように設計する.
   • 材料の選択:金属の囲いには,表面を通って熱を散らす,追加の熱吸収器として機能します.

5. 熱シミュレーション:

   • 活用するコンピュータアシスト・エンジニアリング (CAE) ツールそして熱シミュレーションソフトウェア設計段階の早い段階で,設計者によって設計された
   • 目的:温度分布を予測し,潜在的なホットスポットを特定し,物理的なプロトタイプを作る前に異なる冷却ソリューションの有効性を評価し,時間とコストを節約します.

熱 試験: 設計 を 検証 する

PCBAのプロトタイプが作成されると,設計を検証し,さまざまな条件下で安全な温度制限内で動作することを確認するために厳格な熱テストが不可欠です.

1. 熱カメラ/赤外線温度測定

   • 目的:PCBA表面の温度分布を視覚的に識別し,地図化します
   • 方法:赤外線 カメラ は 熱 画像 を 撮影 し,ホットスポット や 温度 グラデーション を リアルタイム に 明らかに し,過熱 の 部品 や 地域 を 素早く 特定 する ため に 優れています.

2. 熱電偶/温度センサーの測定:

   • 目的:コンポーネントやPCBの特定の点での正確な温度測定を得るために
   • 方法:主要なポイントに小さな熱対またはRTD (レジスタンス温度検出器) センサーが固定されています.データロガーは時間とともに温度を記録します.特に機能操作やストレス試験中に.

3. 環境委員会:

   • 目的:制御された環境条件下でPCBAの熱性能をテストする
   • 方法:PCBAは,温度室(または熱ショック室温度変化の速さで操作環境をシミュレートする.これは性能を検証し,熱ストレスによる故障を特定します.

4. 温度モニタリングによる老化試験 (燃焼試験):

   • 目的:PCBAを継続的なストレスの下で (高温を含む) 長期間にわたって動作させ",早期の障害"を特定し,長期的な信頼性を確保する.
   • 方法:PCBAは通常,燃焼炉機能と主要部品の温度を監視しながら 通常の動作温度よりも高い温度で

5. 空気流量と圧力測定:

   • 目的:活性冷却 (扇風機) を含む設計では,室内での十分な空気流と圧力低下を保証する.
   • 方法:冷却性能を特徴付けるには,気流速計 (気流速) と気圧計が用いられる.

積極的に熱設計の原則を総合的な熱テストに統合することで,製造者は不正常なPCBA加熱を効果的に対処し,より堅牢で信頼性の高い,高性能の電子製品.