7 Teknik Pengelolaan Pemanasan PCB Utama: Meningkatkan Keandalan di Otomotif, LED, dan Produk Industri

Sumber gambar: Internet

Isi

• Kunci untuk mengambil
• Pentingnya Pengelolaan Termal PCB
• 7 Teknik Pengelolaan Termal PCB Utama
• Aplikasi Dunia Nyata dan Studi Kasus
• Tantangan dan Pertimbangan
• Tips untuk Pengelolaan Pemanasan PCB yang Efektif
• FAQ

Kunci untuk mengambil
1Dalam aplikasi tenaga tinggi seperti otomotif, LED, dan produk industri, manajemen termal PCB yang efektif sangat penting untuk memastikan keandalan komponen dan memperpanjang umur produk.
2Kombinasi teknik seperti menggunakan bahan konduktivitas termal tinggi, mengoptimalkan tata letak PCB,dan menerapkan metode pendinginan aktif dan pasif dapat secara signifikan meningkatkan disipasi panas.
3Pengelolaan termal tidak hanya mencegah overheating tetapi juga meningkatkan kinerja keseluruhan perangkat elektronik.

Pentingnya Pengelolaan Termal PCB

Dalam elektronik modern, komponen yang membutuhkan tenaga semakin kecil dan semakin padat.Semikonduktor bertenaga tinggi dalam inverter kendaraan listrik (EV) dan prosesor sistem asisten pengemudi canggih (ADAS) menghasilkan panas yang cukup besarDalam pencahayaan LED, LED dengan kecerahan tinggi perlu menyebarkan panas secara efisien untuk mempertahankan efisiensi cahaya mereka.juga menghadapi tantangan termal yang signifikan.

Panas yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan komponen, mengurangi umur, dan bahkan kegagalan sistem.Pengelolaan termal PCB yang efektif sangat penting untuk menjaga komponen dalam kisaran suhu operasi yang optimal.

7 Teknik Pengelolaan Termal PCB Utama

1Bahan PCB Konduktivitas Termal Tinggi

PCB berbasis aluminium hemat biaya dan banyak digunakan dalam pencahayaan LED karena kemampuannya untuk menghilangkan panas dari LED.cocok untuk aplikasi di mana sejumlah besar panas perlu ditransfer dengan cepatPCB berbasis keramik menawarkan sifat termal dan listrik yang sangat baik, menjadikannya ideal untuk lingkungan yang keras.

2. Termal Vias
Via termal adalah lubang kecil di PCB yang diisi dengan bahan konduktif tinggi, biasanya tembaga.mentransfer panas dari komponen panas di permukaan ke lapisan internal atau sumur panasDengan menciptakan jalur termal vertikal, vias termal dapat secara signifikan mengurangi resistensi termal.seperti MOSFET daya dalam elektronik otomotif atau LED kecerahan tinggi, dapat secara efektif menarik panas dari sumbernya.

3- Pemanas
Heat sinks adalah struktur konduktif termal, biasanya terbuat dari aluminium atau tembaga yang diikat pada komponen bertenaga tinggi.memungkinkan panas untuk mentransfer lebih efisien ke udara sekitarDalam ECU otomotif (Electronic Control Units) dan panel kontrol industri, heat sinks biasanya digunakan untuk mendinginkan prosesor dan transistor daya.termasuk jumlah sirip, ketinggian sirip, dan jarak sirip, dapat dioptimalkan untuk aplikasi yang berbeda untuk memaksimalkan transfer panas.

4. Bahan Antarmuka Termal (TIM)
TIM, seperti pasta termal, bantalan termal, dan bahan perubahan fase, digunakan untuk mengisi celah antara komponen dan heat sinks atau PCB.Mereka meningkatkan kontak termal dengan mengurangi ketahanan termal di antarmukaPada modul LED, bantalan termal sering digunakan untuk mentransfer panas dari mati LED ke substrat aluminium.pasta termal berkinerja tinggi diterapkan antara paket semikonduktor dan heat sink untuk meningkatkan efisiensi transfer panas.

5. PCB Layout Optimasi
Penempatan Komponen: Komponen bertenaga tinggi harus ditempatkan dekat tepi PCB untuk aliran udara yang lebih baik atau dekat dengan heat sinks.Komponen-komponen intensif seperti IGBT (Isolated - Gate Bipolar Transistors) di inverter EV ditempatkan di area dengan ventilasi yang baikKomponen-komponen yang sensitif terhadap panas harus dijauhkan dari sumber-sumber yang menghasilkan panas yang tinggi.
Permukaan dan jejak tembaga: Meningkatkan ketebalan permukaan dan jejak tembaga dapat meningkatkan kemampuan penyebaran panas mereka.jejak tembaga tebal digunakan untuk membawa arus tinggi dan menghilangkan panasSelain itu, menciptakan area tuang tembaga yang besar di sekitar komponen bertenaga tinggi dapat membantu mendistribusikan panas lebih merata.

6. Pemanasan udara paksa (Fans)
Penggemar dapat digunakan untuk meningkatkan transfer panas konvektif. Dalam peralatan industri bertenaga tinggi dan beberapa aplikasi otomotif seperti komputasi kinerja tinggi dalam sistem ADAS,kipas dipasang untuk meniup udara di atas PCBkecepatan dan arah aliran udara dapat dikontrol untuk mengoptimalkan pendinginan. misalnya di server-grade komputer industri,kipas ditempatkan secara strategis untuk memastikan bahwa semua komponen, terutama CPU dan GPU bertenaga tinggi, secara efektif didinginkan.

7. pendingin cair
Sistem pendingin cair, seperti piring dingin, digunakan dalam aplikasi di mana disipasi daya tinggi diperlukan.Piring dingin yang didinginkan cair digunakan untuk mendinginkan sistem manajemen baterai dan elektronik dayaCairan, biasanya campuran air dan glikol, menyerap panas dari komponen dan mentransfernya ke radiator untuk disipasi.Pendingin cair menawarkan tingkat transfer panas yang lebih tinggi dibandingkan dengan metode pendingin udara, membuatnya cocok untuk aplikasi bertenaga tinggi dan terbatas ruang.

Aplikasi Dunia Nyata dan Studi Kasus

1Otomotif: Dalam sistem manajemen baterai kendaraan listrik (BMS), kombinasi PCB berbasis tembaga, vias termal, dan pelat dingin yang didinginkan oleh cairan digunakan.PCB berbasis tembaga secara efisien mentransfer panas dari sel baterai ke piring dingin, sedangkan saluran termal meningkatkan transfer panas antara lapisan PCB yang berbeda. Hal ini memastikan operasi BMS yang aman dan efisien, memperpanjang umur baterai.

2.LED Lighting: Dalam lampu jalan LED bertenaga tinggi, PCB berbasis aluminium dengan heat sinks dan thermal pad digunakan.sumur panas meningkatkan luas permukaan untuk disipasi panas ke udara, dan bantalan termal meningkatkan kontak termal antara LED dan PCB. Hal ini menghasilkan lampu jalan LED yang lebih tahan lama dan lebih efisien.

3.Industrial: Dalam inverter industri bertenaga tinggi, PCB berbasis keramik, heat sinks, dan pendinginan udara paksa digabungkan.pemanas panas membantu menghilangkan panas dari semikonduktor daya, dan sistem pendinginan udara paksa memastikan pendinginan yang terus menerus dan efisien selama operasi inverter.

Tantangan dan Pertimbangan

1Biaya: Bahan dan komponen manajemen termal berkinerja tinggi, seperti PCB berbasis keramik dan sistem pendingin cair canggih, bisa mahal.Desainer perlu menyeimbangkan biaya dengan persyaratan kinerja.

2Keterbatasan ruang: Dalam perangkat elektronik yang kompak, mencari ruang untuk heat sink, kipas angin, atau komponen pendingin cair bisa menjadi tantangan.Tata letak PCB harus dioptimalkan dengan hati-hati untuk memanfaatkan ruang yang tersedia.

3.Keandalan: Komponen dan sistem tambahan yang digunakan untuk manajemen termal, seperti kipas angin, harus dapat diandalkan. Kegagalan dalam sistem pendingin dapat menyebabkan overheating dan kerusakan komponen.

Tips untuk Pengelolaan Pemanasan PCB yang Efektif

1Simulasi Termal: Gunakan perangkat lunak simulasi termal, seperti ANSYS Icepak atau FloTHERM, pada tahap desain untuk memprediksi distribusi panas dan mengoptimalkan desain manajemen termal.
2.Pilihan komponen: Pilih komponen dengan konsumsi daya yang lebih rendah dan karakteristik termal yang lebih baik bila memungkinkan.
3.Penyelenggaraan reguler: Dalam aplikasi dengan kipas atau sistem pendingin cair, pastikan pemeliharaan reguler untuk menjaga sistem pendingin beroperasi secara efisien.

FAQ
Apa teknik manajemen termal yang paling efektif?
Tidak ada satu-ukuran-cocok-semua jawaban. teknik yang paling efektif tergantung pada persyaratan daya aplikasi, keterbatasan ruang, dan keterbatasan biaya.kombinasi teknik adalah pendekatan terbaik.

Dapatkah saya menggunakan vias termal dalam PCB fleksibel?
Ya, tetapi perlu pertimbangan khusus. PCB fleksibel dengan vias termal membutuhkan desain yang cermat untuk memastikan vias dapat menahan lentur dan mempertahankan konduktivitas termal mereka.

Bagaimana saya memilih heat sink yang tepat untuk aplikasi saya?
Pertimbangkan faktor-faktor seperti disipasi daya komponen, ruang yang tersedia, lingkungan operasi (misalnya, suhu, kelembaban), dan kinerja pendingin yang diperlukan.Produsen sumur panas biasanya menyediakan lembar data untuk membantu dalam pemilihan.

Kesimpulannya, manajemen termal PCB yang efektif adalah pendekatan multi-faceted yang menggabungkan pemilihan material, desain tata letak, dan metode pendinginan.Desainer dapat secara signifikan meningkatkan keandalan dan kinerja, LED, dan produk industri, memastikan mereka beroperasi dengan lancar bahkan dalam kondisi suhu tinggi.