Come un Layout PCB Adeguato Può Aiutarti Ad Evitare Dissipatori di Calore al Tuo Design

Dysfunctional computer monitor

Dover ritirare prodotti dal mercato, come monitor di computer difettosi, è un peso finanziario che può essere evitato 

Come il Layout PCB ti aiuta ad Evitare di Aggiungere Dissipatori di Calore al Tuo Design? 

Tutti sanno che un calore eccessivo può distruggere i componenti o portarli fuori specifiche, ma a volte non è ovvio quando il calore diventerà un problema. I problemi di riduzione del calore possono verificarsi col passare del tempo, come un punto di saldatura che si rompe dovuto ad espansione termica e contrazione durante numerosi cicli di calore. Tali problemi possono non essere rilevati durante i test, che è il perchè è importante strutturare il tuo circuito correttamente per evitare questi tipi di scenari. 

Molti anni fa mi comprai un monitor per computer capace di avere la più alta risoluzione e profondità di colore che un computer potesse offrire a quel tempo. Potevo a stento controllare il mio entusiasmo quando lo attaccai alla presa per testare le sue capacità con varie app. Tutto funzionava meravigliosamente quindi lasciai il mio ufficio per vantarmi del mio nuovo display. Al ritorno, ero scioccato nel vedere che il display aveva uno sfarfallio confuso. Ho spento e riacceso per vedere se ciò risolvesse, ma no. Il mio nuovo monitor era apparentemente rotto. 

Pochi giorni dopo ho risolto il caso e frugato in giro per vedere se potevo risolvere. Venne fuori che uno dei circuiti video era montato direttamente sulla fonte di alimentazione. Come risultato, riscaldava il circuito video al punto che non funzionava più nelle specifiche, che di conseguenza consegnava un display distorto. La correzione fu semplice, installare uno scudo per il calore per dirigere l’energia termica lontano dal circuito video. Detto ciò, il problema reale era nel design del prodotto. Il circuito video non sarebbe dovuto essere così vicino ad una fonte di calore. 

Il Calore è il Peggior Nemico di un PCB 

Occasionalmente, la gestione del calore può risultare particolarmente difficile per effettuare un’analisi guasti e potrebbe solo essere un problema in situazioni non comuni. Per esempio, quando c’è una temperatura estrema. A maggior ragione, i problemi di riduzione del calore potrebbero apparire nel corso del tempo, come un punto di saldatura che si rompe a causa di espansione termica e contrazione nel corso di numerosi cicli di calore. 

Components on a PCB

Considera la posizione delle fonti di calore esterne prima di posizionare i componenti sul tuo PCB  

Cosa deve fare un PCB?

Costituisce un design PCB ridurre il calore con dissipatori di calore SMT, ventole, via termiche ed altre tecniche. Questi possono essere davvero efficaci, ma aggiungono costo e complessità al progetto. La soluzione meno costosa e più affidabile è di progettare un PCB così che quel calore indesiderato trasferito da sorgenti esterne non sia un problema. Progettare attorno al problema, non gettarci sopra i componenti! 

Quando pianifichi il tuo design, ricorda che il tuo PCB è parte di un sistema più ampio. Devi considerare sia il posizionamento dei componenti che producono calore relativi ad un uno sul PCB e l’altro del prodotto come insieme. Giacché la posizione dei PCB varia a seconda del dispositivo per cui è disegnato, le fonti di calore esterno possono essere posizionate in tre dimensioni attorno al tuo circuito. Sapendo ciò dovresti considerare:  

  • Isolare le fonti di calore: Tieni i sottosistemi che generano calore, come l’alimentazione, isolati nella tua struttura così da non influenzare altri componenti.  

  • Altri PCB: C’è una buona opportunità nei dintorni dei PCB che avranno componentistica che produce calore o termosensibile su di essi. 

  • Fisico : Meccanica , cavi e telai da montare potrebbero assorbire e trasferire calore dal tuo PCB ad altri. Ciò include che il tuo utente finale potrebbe entrare in contatto con questo calore. 

L’alloggiamento: Come progettista, siamo sotto una costante pressione per rendere i nostri prodotti sempre più piccoli e più compatti. Ciò significa che gli alloggiamenti attorno ai PCB si stanno facendo più stretti. Bisogna stare attenti a come ciò influenzerà il trasferimento di calore dal nostro PCB. Spazi più stretti offrono minore opportunità per raffreddamento convettivo ed una possibilità più alta di trasferimento di calore convettivo ad altrea aree di sensibilità.

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Considera quanto sarà stretto l’alloggiamento del tuo PCB, ciò potrebbe influenzare la struttura del tuo circuito  

Pensa in uno Spazio 3D quando Progetti il Tuo PCB 

Non stai progettando il tuo PCB nel vuoto. Sin dall’inizio, dovresti pensare al tuo design in tre dimensioni. Considera come i tuoi componenti interagiranno con ogni altro e come influenzano lo spazio attorno al PCB. 

Per fare ciò, consiglio di rivedere le specifiche del design del prodotto per capire come è posizionato il tuo PCB nel prodotto e quali elementi gli sono vicino. Prendi nota di tutto ciò che potrebbe essere sensibile al calore prima di iniziare la tua struttura. Queste informazioni interesseranno le prime linee generali che darai al tuo design e possono aiutarti ad evitare lavori di ri progettazione successivi, che è sempre più difficile. In seguito, dovresti considerare come è posizionato il PCB all’interno dell’imballaggio. Se è un po’ stretto, o se ci sono zone compresse, evita di mettere componentistica che produce calore dove sarebbe capace incapace di disperdere il suo calore. 

Se il monitor del tuo computer funziona ancora (non come il mio), dovresti pensare ad utilizzare gli strumenti di design inclusi nel tuo software professionale di designPCB per aiutarti. Molti, come Altium Designer®, definisci le distanze attorno ai tuoi componenti e verifica che tali distanze siano rispettate nel progetto. Definendo le distanze per componenti produttori di calore e componenti sensibili, puoi lasciare che il software ti protegga. Infine, puoi lanciare il software attraverso un simulatore termico per sottolineare tutti i punti di costrizione termica e regolare la struttura per attenuare il calore. 

Tieni i tuoi PCB Freddi e Tranquilli

Il calore è una sfida costante nel design PCB e vi presenterà una richiesta dura visto che i prodotti diventano sempre più compatti. Pianificazione e previdenza attente possono evitare problemi legati al calore difficili da riprodurre, analizzare e risolvere. A nessuno piace guardare il proprio schermo del computer avere una crisi. Ancora peggio, nessuna azienda vuole ritirare i propri prodotti dal mercato. Evita tutto ciò contattando gli esperti di Altium per ulteriori informazioni su buone pratiche di design e strumenti PCB disponibili per la gestione del calore. 

Informazioni sull'autore

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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