Основной принцип теплового проектирования печатных плат (PCB) заключается в эффективном управлении теплом, выделяемым электронными компонентами во время работы. Это предполагает эффективный отвод тепла от источников тепла,-таких как микросхемы и силовые устройства-, и рассеивание его в окружающую среду, тем самым поддерживая рабочие температуры компонентов в безопасном и надежном диапазоне, обеспечивая работоспособность схемы и долгосрочную-стабильность.
Теплопроводность: это основной механизм рассеивания тепла внутри печатной платы. Тепло передается от высокотемпературных-компонентов (источников тепла) к более холодным областям через твердые материалы (припой, медная фольга, материалы подложки и материалы термоинтерфейса).
Critical Path: Chip/Device -> Pad/Pin -> PCB Copper Layer -> Internal Copper Layer (via thermal vias) -> Heat Dissipation Copper Layer/Thermal Pad ->Радиатор/Окружающий воздух.
Цель оптимизации: минимизировать тепловое сопротивление на этом пути. Чем ниже термическое сопротивление, тем эффективнее теплообмен.
Тепловая конвекция. Тепло передается от поверхности печатной платы-особенно от больших участков меди или поверхностей радиатора-в окружающий движущийся воздух.
Естественная конвекция: основана на естественном цикле нагрева и подъема воздуха. При проектировании необходимо учитывать ориентацию-рассеивающих тепло поверхностей (вертикальное размещение обычно предпочтительнее горизонтального) и доступное пространство (для обеспечения достаточного воздушного потока).
Принудительная конвекция: используются вентиляторы для активного управления воздушным потоком, что значительно повышает эффективность рассеивания тепла. При проектировании учитываются каналы воздушного потока (для направления воздуха через критические области-выделения тепла) и скорость воздуха.
Тепловое излучение: все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают тепло в виде электромагнитных волн. Хотя этот механизм более выражен в условиях высоких-температур или вакуума, его вклад в рассеивание тепла в типичных приложениях печатных плат относительно незначителен. Его можно улучшить, увеличив излучательную способность поверхности (например, используя черный радиатор).
