Butun energiya elektronikasi sanoati, shu jumladan RF ilovalari va yuqori tezlikdagi signallarni o'z ichiga olgan tizimlar, tobora kichikroq bo'shliqlarda tobora murakkab funksionallikni ta'minlaydigan echimlar tomon harakat qilmoqda. Dizaynerlar tizim o'lchami, vazni va quvvati, shu jumladan samarali issiqlik boshqaruvi talablarini qondirishda tobora ortib borayotgan talablarga duch kelishmoqda, bu esa o'z navbatida PCB dizayni bilan boshlanadi.
Yuqori darajada integratsiyalangan faol quvvat qurilmalari (masalan, MOSFET tranzistorlari) imkon qadar samarali ishlashi uchun issiqlikni eng issiq komponentlardan erga yoki issiqlik qabul qiluvchi yuzasiga o'tkaza oladigan tenglikni talab qiladigan katta miqdorda issiqlik chiqaradi. Issiqlik stressi quvvat qurilmasining ishdan chiqishining asosiy sabablaridan biridir, chunki u ish faoliyatini yomonlashishiga olib kelishi va hatto tizimning ishdan chiqishi yoki noto'g'ri ishlashiga olib kelishi mumkin. Qurilma quvvati zichligining tez o'sishi va chastotaning ortishi elektron komponentlarning haddan tashqari qizib ketishining asosiy sabablari hisoblanadi. Quvvat yo'qotilishi va issiqlik o'tkazuvchanligi past bo'lgan yarimo'tkazgichlar, masalan, keng tarmoqli materiallar, tobora ko'proq qo'llanilsa-da, ular issiqlikni samarali boshqarish zaruriyatini bartaraf etish uchun o'z-o'zidan etarli emas.
Hozirgi kremniyga asoslangan quvvat qurilmalari 125 darajadan 200 darajagacha bo'lgan ulanish haroratida amalga oshirilishi mumkin. Biroq, har doim qurilmaning ushbu cheklov shartidan oshib ketmasdan ishlashiga ruxsat berish maqsadga muvofiqdir, bu esa qurilmaning tez qarishini oldini oladi va qolgan xizmat muddatini qisqartiradi. Haqiqatan ham, agar noto'g'ri issiqlik boshqaruvi ish haroratining 20 darajaga ko'tarilishiga olib keladigan bo'lsa, natijada komponentning qolgan muddatini qisqartirish 50 foizni tashkil qiladi.
Layout Wiring (layout) Metodologiyasi
Ko'pgina loyihalarda qo'llaniladigan issiqlikni boshqarishning umumiy usuli - standart otashga chidamli 4-sinf (FR-4) substratdan foydalanish, bu arzon va ishlov berish oson material bo'lib, sxema sxemasini termal optimallashtirishga qaratilgan.
Amaldagi asosiy chora-tadbirlar qo'shimcha mis sirtlarini ta'minlash, qalinroq hizalamalardan foydalanish va eng ko'p issiqlik hosil qiluvchi komponentlar ostiga issiqlik moslamalarini joylashtirishni o'z ichiga oladi. Ko'proq issiqlikni tarqatishning yanada radikal usuli, tenglikni yoki odatda tanga shaklida bo'lgan eng tashqi qatlamga haqiqiy mis blokni kiritish yoki qo'llashni o'z ichiga oladi, shuning uchun "mis tanga" nomi. Mis tangani alohida-alohida qayta ishlagandan so'ng, uni lehimlash yoki to'g'ridan-to'g'ri tenglikni ulash mumkin, yoki u ichki qatlamga kiritilishi va issiqlik qabul qiluvchi orqali tashqi qatlamga ulanishi mumkin. 1-rasmda ko'rsatilgan PCB mis tangani joylashtirish uchun maxsus bo'shliqda qilingan.
Misning issiqlik o'tkazuvchanligi 380 Vt/mK, alyuminiy uchun 225 Vt/mK va FR-4 uchun 0,3 Vt/mK. Mis PCB ishlab chiqarishda keng qo'llaniladigan nisbatan arzon metalldir; shuning uchun u mis tangalar, issiqlik qabul qiluvchi teshiklar va zamin qatlamlarini tayyorlash uchun ideal - issiqlik tarqalishini yaxshilaydigan barcha echimlar.
Doskada faol qurilmalarni to'g'ri joylashtirish issiq nuqtalar paydo bo'lishining oldini olishning asosiy omili bo'lib, issiqlikning taxta bo'ylab imkon qadar teng taqsimlanishini ta'minlaydi. Shu munosabat bilan, faol qurilmalar PCB atrofida alohida tartibda taqsimlanishi kerak, shuning uchun muayyan hududlarda issiq nuqtalarning shakllanishiga yo'l qo'ymaslik kerak. Biroq, taxtaning chetiga yaqin joyda juda ko'p issiqlik hosil qiluvchi faol qurilmalarni joylashtirishdan qochish yaxshidir. Buning o'rniga, ular taxtaning o'rtasiga iloji boricha yaqinroq joylashtirilishi kerak, bu esa bir xil issiqlik taqsimotini osonlashtiradi. Kengashning chetiga yaqin joyda yuqori quvvatli qurilmalar o'rnatilgan bo'lsa, ular chekkada issiqlikni to'playdi va shu bilan mahalliy haroratni oshiradi. Boshqa tomondan, agar ular taxtaning markaziga yaqin joylashgan bo'lsa, issiqlik sirt bo'ylab barcha yo'nalishlarda taqsimlanadi, bu esa haroratni pasaytirish va issiqlikni taqsimlashni osonlashtiradi. Quvvat asboblari nozik qismlarga yaqin joylashtirilmasligi va bir-biridan to'g'ri masofada joylashgan bo'lishi kerak.
Tartib darajasida qabul qilingan chora-tadbirlar faol sovutish va passiv sovutish tizimlari (masalan, issiqlik qabul qiluvchilar yoki fanatlar) yordamida yanada takomillashtirilishi mumkin - bunday tizimlar issiqlikni to'g'ridan-to'g'ri taxtaga chiqarish o'rniga, faol qurilmalardan olib tashlashi mumkin. Umuman olganda, dizaynerlar muayyan dastur talablariga va mavjud byudjetga qarab turli xil issiqlik boshqaruv strategiyalari o'rtasida to'g'ri kelishuvni topishlari kerak.
PCB substratini tanlash
FR{0}} odatda past issiqlik o'tkazuvchanligi (0,2 va 0,5 Vt/mK) tufayli katta miqdorda issiqlik tarqalishini talab qiladigan ilovalar uchun mos kelmaydi. Yuqori quvvatli davrlarda hosil bo'ladigan issiqlik sezilarli bo'lishi mumkin va bu tizimlar ko'pincha og'ir muhitda va haddan tashqari haroratlarda ishlaydi. Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan muqobil substrat materialidan foydalanish an'anaviy FR-4 dan ko'ra yaxshiroq tanlov bo'lishi mumkin.
Masalan, keramik materiallar yuqori quvvatli tenglikni termal boshqarish uchun muhim afzalliklarni taklif qiladi. Bunday materiallar, issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilashdan tashqari, mukammal mexanik xususiyatlarga ega va shu bilan takroriy issiqlik aylanish jarayonida to'plangan stresslarni qoplashga yordam beradi. Bundan tashqari, seramika materiallari 10 gigagertsgacha bo'lgan chastotalarda past dielektrik yo'qotishlarga ega. Yuqori chastotalar uchun har doim gibrid materiallarni (masalan, PTFE) tanlash mumkin, ular bir xil past yo'qotishlarni ta'minlaydi, lekin issiqlik o'tkazuvchanligini o'rtacha darajada kamaytiradi.
Materialning issiqlik o'tkazuvchanligi qanchalik yuqori bo'lsa, issiqlik uzatish tezroq bo'ladi. Shunday qilib, keramikadan engilroq bo'lishidan tashqari, alyuminiy kabi metallar issiqlikni tarkibiy qismlardan uzoqlashtirish uchun ajoyib echimni taklif qiladi. Ayniqsa, alyuminiy ham ajoyib o'tkazgichdir, mukammal chidamlilikka ega, qayta ishlanishi mumkin va zaharli emas. Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli metall qatlam issiqlikni taxta bo'ylab tez o'tkazishga yordam beradi. Ba'zi ishlab chiqaruvchilar, shuningdek, har ikkala tashqi qatlam ham metall bilan qoplangan, odatda alyuminiy yoki galvanizli mis bo'lgan metall qoplangan PCBlarni taklif qilishadi. Alyuminiy har bir vazn nuqtai nazaridan eng yaxshi tanlovdir, mis esa yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Alyuminiy yuqori quvvatli LEDlarni (2-rasmdagi misolda ko'rsatilganidek) qo'llab-quvvatlaydigan tenglikni ishlab chiqarish uchun ham keng qo'llaniladi, bu erda uning yorug'likni substratdan uzoqroq aks ettirish qobiliyati ham ayniqsa foydalidir.
Hatto kumush, misdan taxminan 5 foizga yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli, hizalamalar, viteslar, yostiqlar va metall qatlamlarni yaratish uchun ham ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, agar taxta zaharli gazlar mavjud bo'lgan nam muhitda ishlatilsa, yalang'och mis hizalamalarda va mis lehim yostiqlarida kumush qoplamalardan foydalanish korroziyaning oldini olishga yordam beradi - bunday muhitda ma'lum bo'lgan odatiy tahdid.
Metall PCBlar, shuningdek, izolyatsiyalangan metall tagliklar (IMS) deb ham ataladi, FR-4 tagliklari va metall yadrolari bo'lgan taxtalarni hosil qilish uchun to'g'ridan-to'g'ri tenglikni laminatlash mumkin. Chuqurlik bilan boshqariladigan simlar bilan bir va ikki qatlamli texnologiyalar qo'llaniladi, bunda issiqlik bort komponentlaridan kamroq muhim joylarga o'tkazilishi mumkin. IMS PCBlarida metall taglik va mis folga o'rtasida issiqlik o'tkazuvchan, lekin elektr izolyatsiyalovchi dielektrikning yupqa qatlami laminatlangan. Mis folga kerakli sxema naqshiga yopishtirilgan va metall taglik ushbu nozik dielektrik orqali kontaktlarning zanglashiga olib keladigan issiqlikni yutadi.
IMS PCBlar tomonidan taqdim etilgan asosiy afzalliklar quyidagilardir.
-Standart FR-4 tuzilmalariga qaraganda sezilarli darajada yuqori issiqlik tarqalishi.
- Dielektrikning issiqlik o'tkazuvchanligi odatda oddiy epoksi shishadan 5-10 baravar yuqori.
-Issiqlik uzatish samaradorligi an'anaviy PCBlarga qaraganda ancha yuqori.
LED texnologiyasidan (yoritilgan belgilar, displeylar va yoritish) qo'shimcha ravishda, IMS PCBlar avtomobil sanoatida (faralar, dvigatel boshqaruvlari va quvvat boshqaruvi), quvvat elektronikasida (to'g'ridan-to'g'ri to'g'ridan-to'g'ri quvvat manbalari, invertorlar va dvigatel boshqaruvlari), kalitlar va yarimo'tkazgichli o'rnilarda keng qo'llaniladi. .