熱放散技術

さまざまなデバイスや機器用のプリント回路基板（PCB）を作成する必要がある場合、考慮すべき主な考慮事項の1つは、熱をどれだけうまく放散するかです。 PCB内の熱を適切に放散することにより、過剰な温度によって引き起こされるパフォーマンスの問題や全体的な故障からPCBを保護することができます。投資するPCBは、過熱せず、一貫したパフォーマンスを提供できるように、適切な放熱機能を備えて設計する必要があります。

熱が問題となる理由とPCBの熱放散に関するヒントをご覧ください。

PCBで熱が問題になる理由

電子部品に電流が流れると、熱負荷が増加します。電子部品が生成する熱量は、回路設計、電力量、およびデバイスの特性によって異なります。不適切に取り付けられたコンポーネント、外部要素、不適切な換気、不適切な組み立てにより、PCBが過熱することがよくあります。

PCBはある程度の熱を処理できますが、過剰な温度はいくつかの大きな問題を引き起こす可能性があります。過剰な熱によるPCBへの悪影響には、回路ラインの破壊、コンポーネントの酸化、構造の完全性の喪失、互換性のない材料の膨張率などがあります。これらの影響により、PCBの性能が低下する可能性があります。 PCBが長時間熱にさらされると、PCBは誤動作し始め、完全に故障して、PCBに恒久的な損傷を与える可能性があります。

熱放散技術

過剰な熱はいくつかの重大な問題を引き起こす可能性があるため、PCBに熱放散特性を持たせることができます。 PCBから熱を取り除きたい場合は、いくつかの異なる熱放散技術に頼ることができます。たとえば、ヒートシンクと冷却ファンを追加すると、熱を放散するための優れた方法になります。

以下のいくつかの主要な技術を確認して、PCBの熱を放散する方法の詳細をご覧ください。

1。冷却ファンとヒートシンクを追加する

ヒートシンクは大きな表面を特徴とする熱伝導性の金属部品であり、PCB設計者は一般的にそれらを使用して熱を放散します。通常、これらの部品は、スイッチングデバイスなどの発熱部品に取り付けられています。ヒートシンクを取り付けると、コンポーネントが他の領域に熱を伝達し、ヒートシンクの広い表面に熱を放散できるようになります。

PCBやデバイスの他のコンポーネントにヒートシンクを採用することに加えて、冷却ファンを追加することができます。これらのファンは、冷気の流れをデバイスに追加して、熱をすばやく取り除き、蓄積を防ぎます。一般に、冷却ファンは、より効率的で高速な熱除去を支援するため、大電流電源に使用されます。

2。厚い銅の痕跡を利用する

ハイパワーアプリケーションにPCBが必要な場合は、通常、太くて重い銅トレースを追加するのが正しい選択です。厚い銅のトレースを利用することにより、熱は熱の分布と放散のためにより大きな表面を持ちます。

3。ヒートパイプに投資する

限られたスペースのコンパクトなデバイスにPCBを取り付けている場合は、ヒートパイプがPCBの熱放散に役立ちます。これらのパイプは、少量のアンモニア、水、アセトン、窒素などの液体で熱を吸収するのに役立ちます。流体が熱を吸収した後、パイプは蒸気を放出します。この蒸気は凝縮器に到達するまでパイプを流れ、凝縮器は蒸気を凝縮して液体の形にし、パイプを連続的に循環させます。

ヒートパイプは熱を簡単に伝達できるため、費用対効果が高く信頼性の高いパッシブ伝達を求める企業は、多くの場合、ヒートパイプを選択します。これらのパイプを取り付けると、デバイスの熱伝導率が向上し、多くのメンテナンスが不要になります。これらのパイプは可動部品がないため非常に静かで、振動もありません。

4。適切なボード材料を選択してください

熱放散を改善するためのもう1つの手法は、熱を除去するのに最適なボード材料を選択することです。一部のPCB材料には、極端な熱に対処するために必要な特性がありません。デバイスが高温にさらされることがわかっている場合は、熱放散特性を備えた材料を選択することが不可欠です。

ポリイミドベースを使用することは、多くの場合、熱放散に適しています。フレックスPCBは、より薄くて柔軟な材料を使用しているため、表面積対体積比を大きくすることができます。金属コアボードの一種であるアルミニウムPCBは、誘電体層があるため、熱放散のもう1つの優れた選択肢です。この層は、熱を吸収してアルミニウム層に伝達するのに役立ち、そこで熱が効果的に分散されます。これらのアルミニウムPCBは、高出力アプリケーションに役立ちます。高温プロジェクトの場合、銅PCBは最高の熱放散と熱伝導率を提供します。

効果的な非金属オプションはセラミックPCBです。通常、窒化アルミニウムまたはアルミナでできているセラミックPCBは、高い耐熱性と高周波接続を必要とするアプリケーションに適しています。高い熱伝導率に加えて、熱膨張係数が低く、汎用性が高く、耐薬品性に​​優れているため、さまざまな環境でうまく機能します。

5。サーマルビアアレイを使用する

サーマルビアアレイは、熱放散のためのもう1つの優れた選択肢であり、銅の面積と質量を増やすのに役立ちます。銅の質量と面積を拡大することにより、デバイスの熱抵抗が減少します。サーマルビアアレイは、より良い伝導を可能にするため、重要なコンポーネントの熱放散も大きくなります。熱を放散し、熱抵抗を低減する能力があるため、企業は熱源に近いアレイを介して熱を利用してパフォーマンスを向上させることがよくあります。

サーマルビアアレイは、PCBからヒートシンクを取り外したい企業に人気があります。特定のアプリケーションでは、サーマルビアアレイをパッドと組み合わせて、デバイスから熱を逃がすことができます。この組み合わせにより、PCBの熱放散が改善されると同時に、ヒートシンクが不要になります。

6。銅貨技術を実装する

銅貨は、PCBに埋め込まれた小さな銅片です。それらは通常、大量の熱を発生するコンポーネントの真下に配置されます。銅の優れた熱伝導率を利用して、コンポーネントからヒートシンクに直接熱を引き込みます。銅貨は熱を放散するための優れた方法であり、熱の大部分を生成するコンポーネントの数が少ない場合に一般的に使用されます。

このローカライズされたソリューションには、Tコイン、Iコイン、Cコインなど、いくつかの異なる形状があり、領域の形状に応じて使用します。ルーティング後、コインはPCBスロットに埋め込まれ、しっかりと接続するためにラミネートおよび金属化されます。

7。 PCBレイアウトを最適化する

企業がPCBを設計するとき、PCBのレイアウトが熱を効果的に放散することを効果的に保証するために、多くの場合、いくつかのベストプラクティスに依存します。いくつかの方法には、温度に敏感な部品をデバイスの下部などの低温領域に配置し、加熱デバイスの上に取り付けないようにすることが含まれます。設計者はまた、通気性を高めるために、水平面に配置された複数のパーツをずらします。企業がPCBの温度をより正確に追跡したい場合は、正確な測定のために温度計を最も高温の領域に配置します。

優れたPCBレイアウトにより、熱源が互いに最も離れた場所に設置され、過剰な熱の蓄積を防ぐことができます。 PCBに冷却ファンがある場合は、設計者が冷却ファンの下流に発熱部品を配置し、ファンの上流に低発熱部品を設置することもお勧めします。熟練したPCB設計者は、PCBの空気循環を研究し、気流に基づいて適切な領域に高熱生成デバイスを配置します。

PCBのニーズに合わせて制限されたミレニアム回路を選択してください

Millennium Circuits Limited（MCL）では、定期的にクライアントに相談し、優れた熱放散を特徴とするPCBを提供しています。熱がPCBにどのように悪影響を与えるかを知っているため、プロトタイプ作成とエンジニアリングの段階でお客様と協力して、クライアントに提供するPCBが必要なアプリケーションに適合し、過熱しにくいように細心の注意を払っています。私たちは時間をかけてお客様のニーズを理解し、お客様の仕様に合った費用対効果の高い高品質のPCBを提供するため、お客様を支援できると確信しています。

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