7つの主要なPCB熱管理技術：自動車、LED、および産業製品における信頼性の向上​

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内容

• 重要な教訓
• PCB 熱管理の重要性
• 7 主なPCB熱管理技術
• 現実世界での応用と事例研究
• 課題と考慮事項
• 効率的なPCB熱管理のヒント
• FAQ

重要な教訓
1自動車,LED,工業製品などの高電力アプリケーションでは,効率的な PCB 熱管理は,部品の信頼性を確保し,製品の寿命を延長するために重要です.
2高熱伝導性の材料の使用,PCBレイアウトの最適化,熱消散を大幅に改善できる..
3熱管理は過熱を防ぐだけでなく,電子機器の全体的な性能を向上させます.

PCB 熱管理の重要性

現代の電子機器では 電力に飢えている部品は 小さくなり 密集している.例えば自動車システムでは電動車 (EV) のインバーターや先進運転支援システム (ADAS) の高性能半導体でかなりの熱が発生するLED照明では,高明るさのLEDは,その照明効果を維持するために熱を効率的に散らす必要があります.産業機器は,その連続的な動作と高電力要求で,熱力学的問題も..

過剰な熱は 部品の劣化や寿命の短縮,システム故障に至ります効率的なPCB熱管理は,部品を最適な動作温度範囲内に保つために不可欠です..

7 主なPCB熱管理技術

1高熱伝導性のPCB材料

アルミベースのPCBは,LEDからの熱を散らす能力のために,LED照明に費用対効果があり,広く使用されています.大量の熱を迅速に転送する必要があるアプリケーションに適しています陶器ベースのPCBは 優れた熱と電気性能を備えており 厳しい環境に適しています

2熱線線
熱管はPCB内の小さな穴で 高伝導性物質,通常は銅で満たされています.表面の熱い部品から内部層や散熱器に熱を転送する垂直的な熱経路を作り出すことで 熱経路は熱抵抗を著しく減らすことができます 高性能部品の下に高密度な熱経路を配置することで自動車用電子機器や高明度のLEDなどの電源MOSFET熱源から熱を効果的に引き離すことができる.

3暖房
消熱器 は 熱 を 伝導 する 構造物 で,通常 アルミニウム や 銅 で 作られ,高 電力 の 部品 に 接続 さ れ て い ます.それ は 熱 の 散布 に 使える 表面 面積 を 増やし,熱がより効率的に周囲の空気に移転できるようにする自動車用ECU (電子制御装置) や工業用制御パネルでは,散熱器は通常,プロセッサや電源トランジスタを冷却するために使用されます.羽の数を含む熱伝達を最大化するために,さまざまなアプリケーションに最適化できます.

4熱インターフェース材料 (TIM)
熱パスタ,熱パッド,相変化材料などのTIMは,部品と熱吸収器やPCBの間の隙間を埋めるために使用されます.インターフェースの熱抵抗を減らすことで熱接触を改善しますLEDモジュールでは,熱パッドがLED模板からアルミニウム基板に熱を転送するためにしばしば使用されます.高性能熱パストが半導体パッケージとヒートシンクの間に適用され,熱伝達の効率を向上させる..

5. PCBレイアウト最適化
コンポーネントの配置: 高電力のコンポーネントは,よりよい空気流のためにPCBの端に近く,またはヒートシンクに近い場所に配置する必要があります.EVインバーターのIGBT (隔離式ゲート双極トランジスタ) などの電力を消費する部品は,良通気のある場所に配置されます熱に敏感な部品は高熱発生源から遠ざけなければなりません.
銅の平面と痕跡: 銅の平面と痕跡の厚さを増加させることで,熱を拡散する能力を向上させることができます.厚い銅の痕跡は,高電流を運び,熱を散らすために使用されますさらに 高電力部品の周りに 大きな銅の注ぎ場を作ることで 熱をより均等に分散できます

6強制冷却 (ファン)
熱伝送を高めるために使用できます 高性能産業機器や ADAS システムにおける高性能コンピューティングなどの自動車アプリケーションでは扇風機は,PCBの上に空気を吹くためにインストールされています熱を運び去ります.冷却を最適化するために,空気流の速度と方向を制御できます.例えば,サーバー級の工業コンピュータでは,すべてのコンポーネントが効率的に冷却されます. 熱帯電池は,

7液体冷却
液体冷却システム,例えば冷却プレート,高電力消耗を必要とするアプリケーションで使用されます.液体冷却冷却プレートは,電池管理システムと電源電子機器を冷却するために使用されます液体,通常は水とグリコール混合物で,部品からの熱を吸収し,散熱のためにラジエータに転送します.液体 冷却 は 空気 冷却 方法 と 比べ て より 高い 熱 移転 率 を 提供 し ます高電力,空間制限のアプリケーションに適しています.

実用 的 な 応用 と 事例 研究

1自動車: 電動車 の バッテリー 管理 システム (BMS) に は,銅 基 の PCB,熱 経路,液体 冷却 の 冷却 プレート の 組み合わせ が 用い られ ます.銅 に 基づく PCB は,電池 の セル から 熱 を 効率 的 に 冷たい プレート に 移し て くれる熱経路は,PCBの異なる層間の熱伝達を促進し,BMSの安全で効率的な動作を保証し,バッテリーの寿命を延長します.

2.LED照明: 高功率のLEDストリートライトでは,熱吸収器と熱パッドを備えたアルミベースのPCBが使用されます.アルミ基板はLEDから熱を散らします.熱吸収器は,空気への熱の散布のために表面面積を増やすLEDとPCBの間の熱接触を向上させ,より長持ちし,より効率的なLED路灯を生み出します.

3工業用: 高電力産業用インバーターでは,セラミックベースの PCB,熱吸収器,強制冷却装置が組み合わせられます.セラミック PCBは高温に耐えることができます.電源半導体から熱を散らすのに役立ちますインバーターの動作中に継続的かつ効率的な冷却を保証します.

課題と考慮事項

1費用:高性能熱管理材料や部品は 高価なものです 例えばセラミックベースのPCBや先進的な液体冷却システムなどです設計 者 は 費用 と 性能 の 要求 に 均衡 を 保ち なけれ ば なり ませ ん..

2空間制限: コンパクトな電子機器では,ヒートシンク,ファン,または液体冷却部品のスペースを見つけるのは困難です.利用可能なスペースを最大限に活用するために PCB のレイアウトは注意深く最適化されなければならない..

3.信頼性:熱管理に使用されるファンなどの追加のコンポーネントやシステムは信頼性が必要である.冷却システムの故障は過熱と部品損傷を引き起こす可能性があります. 熱管理は,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性,冷却装置の安全性.

効率的なPCB熱管理のヒント

1熱シミュレーション:設計段階では,ANSYS IcepakやFloTHERMなどの熱シミュレーションソフトウェアを使用して,熱分布を予測し,熱管理設計を最適化します.
2構成要素の選択:可能な限り,より低電力消費量とより良い熱特性を持つ構成要素を選択します.
3定期的な保守:ファンや液体冷却システムのあるアプリケーションでは,冷却システムを効率的に動作させるために定期的な保守を保証します.

FAQ
熱管理の最も効果的な方法は?
適用する 電力 空間 費用 の 制限 に 基づいて 最も 効果 的 な 技術 が 選べる こと が でき ます.多くの 場合,最良のアプローチは技術の組み合わせです..

柔軟なPCBで熱ビアスを使用できますか?
はい,しかし,特別 の 考慮 が 必要 です.熱 経路 を 持つ 柔軟 な PCB は,経路 が 屈曲 に 耐え,熱 伝導 性 を 維持 する よう 慎重 に 設計 さ れる 必要 が あり ます.

適正な洗熱器をどのように選べますか?
部品の電力消耗,利用可能なスペース,動作環境 (温度,湿度など),必要な冷却性能などの要因を考慮する.消熱器の製造者は通常,選択に役立つデータシートを提供します...

結論として,効果的なPCB熱管理は 多面的なアプローチで 材料の選択,レイアウトデザイン,冷却の方法を組み合わせます.設計者は,自動車の信頼性と性能を大幅に改善することができます高温の条件下でもスムーズに動作できるようにします