Pendinginan PCB yang efektif yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu mencegah perangkat terlalu panas dan memperpanjang masa pakainya. Studi menunjukkan bahwa panas adalah penyebab utama kegagalan elektronik, yang menyumbang lebih dari separuh dari semua kerusakan. Manajemen termal yang buruk mengurangi keandalan perangkat dan dapat menyebabkan malfungsi mendadak. PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu memainkan peran penting dalam mengendalikan panas pada perangkat berkinerja tinggi. Penelitian menunjukkan bahwa menggabungkan bahan perubahan fase dalam proses pendinginan PCB secara signifikan meningkatkan manajemen termal, berpotensi meningkatkan umur panjang perangkat hingga 83 kali lipat dibandingkan dengan metode tradisional. Temuan ini menyoroti pentingnya pendinginan yang efektif untuk daya tahan perangkat.

Poin Penting

Pendinginan PCB yang baik menghentikan komponen agar tidak terlalu panas. Ini membantu melindungi komponen dan membuat perangkat lebih tahan lama. Panas dapat merusak PCB dalam banyak cara. Itu dapat membuat retakan, tekukan, atau memutuskan sambungan. Pendinginan pasif tidak menggunakan daya. Ini bekerja dengan baik untuk perangkat yang tidak terlalu panas. Pendinginan aktif menggunakan kipas atau cairan untuk menghilangkan panas. Ini digunakan pada perangkat yang menggunakan banyak daya. Tetapi biayanya lebih mahal. Desain PCB yang cerdas menggunakan heat sink, vias termal, dan bahan yang baik. Hal-hal ini membantu menjaga perangkat tetap dingin dan kuat.

Mengapa Pendinginan PCB Penting

Panas dan Umur Komponen

Panas dapat merusak setiap bagian dari papan sirkuit cetak. Ketika sesuatu menjadi panas, mikroprosesor dan kapasitor tidak berfungsi dengan baik. Mereka mungkin melambat atau bertindak aneh. Terkadang, sinyal menjadi campur aduk atau komponen berhenti bekerja dengan benar. Beberapa komponen sangat sensitif terhadap panas. Ini perlu dijauhkan dari tempat yang menjadi panas. Jika desainer mengabaikan panas, komponen tidak akan bertahan lama.

Pendinginan membantu perangkat bekerja lebih baik. Insinyur menggunakan berbagai cara untuk mengendalikan panas, seperti:

• Menjauhkan komponen yang sensitif terhadap panas dari titik panas
• Menggunakan vias termal dan bidang tembaga untuk memindahkan panas
• Memastikan udara dapat bergerak di sekitar papan

Metode ini menghentikan terlalu banyak panas yang menumpuk. Ketika panas dikendalikan, perangkat bertahan lebih lama dan bekerja dengan baik. Pendinginan yang baik berarti lebih sedikit perbaikan dan lebih sedikit kemungkinan masalah mendadak, terutama pada perangkat yang menggunakan banyak daya.

Risiko Kegagalan Akibat Pemanasan Berlebih

Terlalu banyak panas menyebabkan banyak masalah pada elektronik. Beberapa masalah terjadi dengan cepat, sementara yang lain membutuhkan waktu. Masalah yang paling umum adalah:

Kiat:Pendinginan PCB yang baik menghentikan masalah ini dengan menjaga suhu tetap aman. Ini melindungi papan dan komponennya, sehingga perangkat berfungsi dengan baik untuk waktu yang lama.

PCB yang tetap dingin membantu perangkat bekerja lebih baik dan bertahan lebih lama. Ini menurunkan kemungkinan kerusakan mendadak dan membantu setiap komponen tetap kuat.

Metode Pendinginan untuk PCB

Pendinginan Pasif

Pendinginan pasif menggunakan bentuk khusus untuk membantu memindahkan panas. Cara-cara ini tidak membutuhkan daya tambahan. Mereka bekerja paling baik pada hal-hal yang tidak terlalu panas. Beberapa cara pendinginan pasif yang umum adalah:

• Heatsink: Heatsink menempel pada komponen panas dan memiliki sirip. Sirip membuat lebih banyak ruang untuk disentuh udara. Ini membantu panas keluar lebih cepat. Pasta khusus membantu panas berpindah dari komponen ke heatsink.
• Vias Termal: Ini adalah lubang kecil berlapis tembaga di PCB. Mereka memindahkan panas dari titik panas ke tempat yang lebih dingin atau bidang tembaga. Ukuran dan penempatan yang baik membantu mereka bekerja lebih baik.
• Lapisan Tembaga Tebal: Menggunakan tembaga yang lebih tebal di PCB membantu menyebarkan panas.
• Bahan Perubahan Fase: Bahan-bahan ini menyerap panas saat meleleh. Ini menjaga suhu tetap stabil.
• PCB Inti Logam: Papan ini memiliki lapisan logam, biasanya aluminium. Logam memindahkan panas dari komponen. Inti logam mengirimkan panas ke heatsink luar. PCB inti logam juga tidak banyak membengkok saat panas.

Catatan:Pendinginan pasif bekerja dengan baik untuk sebagian besar elektronik rumah dan lampu LED. Murah dan tidak mengeluarkan suara.

Pendinginan Aktif

Pendinginan aktif menggunakan alat bertenaga untuk memindahkan panas dari PCB. Cara-cara ini membantu ketika papan menjadi sangat panas, seperti pada komputer atau perkakas listrik. Jenis utama adalah:

• Kipas Pendingin: Kipas meniupkan udara di atas PCB. Mereka mendorong udara panas keluar dan membawa udara dingin masuk. Desain aliran udara yang baik membantu kipas bekerja lebih baik.
• Pipa Panas: Pipa panas memindahkan panas dari komponen panas ke tempat yang lebih dingin. Mereka menggunakan cairan khusus di dalam tabung tertutup. Beberapa PCB memiliki pipa panas kecil di dalamnya.
• Pendinginan Udara Paksa: Cara ini menggunakan kipas atau blower untuk mendorong udara melalui perangkat. Itu dapat menurunkan suhu sebesar 20–30°C.
• Pendinginan Cairan: Tabung membawa cairan pendingin di atas PCB. Ini menghilangkan banyak panas. Ini bekerja paling baik dalam sistem bertenaga tinggi atau penting.

Pendinginan aktif membutuhkan daya dan membuat perangkat lebih besar dan lebih mahal. Insinyur menggunakannya ketika cara pasif tidak cukup.

Vias Termal dan Heat Sink

Vias termal dan heat sink membantu menjaga PCB tetap dingin, terutama pada papan bertenaga tinggi.

• Vias Termal: Lubang berlapis tembaga ini bertindak seperti pipa kecil. Mereka memindahkan panas dari komponen panas ke lapisan yang lebih dingin atau bidang tembaga. Menempatkan banyak vias di bawah chip panas membantu menyebarkan panas. Mengisi vias dengan bahan khusus, seperti lem konduktif atau perak, membuatnya bekerja lebih baik.
• Heat Sink: Heat sink menempel pada PCB atau komponen. Mereka menggunakan sirip logam untuk membuat lebih banyak ruang untuk udara. Ini memungkinkan lebih banyak panas keluar ke udara. Bahan, jumlah sirip, dan cara pemasangannya semuanya penting.
• Vias termal dan heat sink bersama-sama menurunkan suhu papan. Ini menurunkan kemungkinan kegagalan, masalah sinyal, dan kerusakan pada papan. Pada papan bertenaga tinggi, insinyur harus merencanakan ukuran, penempatan, dan tautan tembaga dengan hati-hati untuk hasil terbaik.

Kiat:Menggunakan vias termal dan heat sink dapat menurunkan suhu titik panas hingga 30%. Ini membantu perangkat bertahan lebih lama dan bekerja lebih baik.

Membandingkan Metode Pendinginan: Biaya dan Kesesuaian

Catatan:Insinyur memilih cara pendinginan berdasarkan seberapa banyak panas yang dihasilkan perangkat, seberapa banyak ruang yang ada, dan anggaran. Pendinginan pasif adalah yang terbaik untuk perangkat sederhana dan murah. Pendinginan aktif dan PCB inti logam lebih baik untuk sistem bertenaga tinggi atau penting, bahkan jika biayanya lebih mahal.

PCB yang Digunakan dalam Sistem Pengaturan Suhu

Peran dalam Manajemen Panas

PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu penting untuk pendinginan. Itu melakukan lebih dari sekadar menahan komponen bersama. Ini membantu memindahkan panas dari titik panas. Insinyur membuat PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu menyebarkan panas. Ini menjaga seluruh perangkat tetap dingin dan menghentikan pembentukan titik panas.

PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu menggunakan banyak cara untuk mengendalikan panas:

• Jalur tembaga yang lebih tebal dan lebih lebar membantu menurunkan resistansi. Ini menghentikan terlalu banyak panas yang menumpuk di tempat banyak arus mengalir.
• Pad tembaga besar di bawah komponen kunci membantu menyebarkan panas. Pad ini juga membantu heat sink menarik panas lebih cepat.
• Menempatkan chip bertenaga tinggi di tengah PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu membantu berbagi panas. Ini menjaga permukaan papan tetap dingin dan melindungi komponen yang sensitif.
• Vias termal bekerja seperti pipa kecil. Mereka memindahkan panas dari lapisan atas ke lapisan bawah, yang membantu papan mendingin.
• PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu sering bekerja dengan heat sink, pipa panas, dan kipas. Alat-alat ini membantu menghilangkan panas dengan cepat.
• Insinyur menggunakan simulasi termal untuk menemukan titik panas. Ini memungkinkan mereka memperbaiki desain sebelum membuat papan.

PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu menggunakan konduksi dan konveksi. Itu memindahkan panas melalui papan dan ke udara atau perangkat pendingin. Ini menjaga komponen elektronik tetap aman dan berfungsi dengan baik.

Kiat:PCB yang baik yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu dapat membantu perangkat bertahan lebih lama dengan menjaga semua komponen tetap dingin.

Fitur Desain untuk Pendinginan

PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu memiliki banyak fitur untuk membantu pendinginan. Setiap fitur membantu papan menangani lebih banyak panas dan menjaga perangkat tetap aman.

• Heat Sink
  Insinyur menempatkan heat sink logam pada PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu. Sink ini menarik panas dari komponen panas dan menyebarkannya. Panas kemudian masuk ke udara, yang mendinginkan papan.
• Pipa Panas
  Beberapa papan menggunakan pipa panas. Pipa ini memiliki cairan khusus di dalamnya. Cairan memindahkan panas dari satu ujung ke ujung lainnya. Ini bekerja dengan baik di ruang kecil dan tidak membutuhkan banyak perawatan.
• Kipas Pendingin
  PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu sering menggunakan kipas. Kipas meniupkan udara di atas papan dan mendorong udara panas keluar. Ini mendinginkan papan dengan cepat, terutama pada catu daya.
• Array Vias Termal
  Insinyur menempatkan kelompok vias termal di dekat komponen panas. Vias ini membawa panas dari permukaan ke lapisan yang lebih dalam atau sisi lainnya. Vias yang diisi dan ditutup bekerja lebih baik dan menarik panas langsung dari chip.
• Jalur Tembaga Tebal
  PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu seringkali memiliki jalur tembaga yang tebal. Jalur ini menyebarkan panas ke area yang lebih besar. Ini penting untuk papan yang menggunakan banyak daya.
• Pilihan Bahan
  PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu dapat menggunakan bahan khusus. Papan inti logam memiliki lapisan aluminium. Lapisan logam ini memindahkan panas dari komponen lebih cepat daripada papan biasa.

PCB yang digunakan dalam sistem pengaturan suhu menggunakan semua fitur ini untuk menjaga perangkat tetap aman. Setiap pilihan desain membantu menghentikan panas berlebih. Ini berarti perangkat bertahan lebih lama dan bekerja lebih baik.

Strategi Desain untuk Umur Panjang

Penempatan Komponen

Insinyur dapat membantu PCB bertahan lebih lama dengan menempatkan komponen di tempat yang cerdas. Komponen panas seperti transistor daya dan pengatur tegangan harus ditempatkan di tempat yang panas dapat keluar dengan mudah. Ini menghentikan titik panas dan menjaga papan tetap dingin. Menempatkan komponen ini di dekat tepi atau dekat heat sink membantu panas bergerak lebih cepat.

• Biarkan ruang di antara komponen panas agar udara dapat mengalir
• Jangan menempatkan komponen terlalu berdekatan, atau panas terperangkap.
• Gunakan vias termal di bawah chip panas untuk memindahkan panas ke bawah.
• Sejajarkan komponen untuk mempermudah pemasangan kabel dan mengurangi kebisingan listrik.
• Jauhkan komponen sensitif dari panas untuk melindunginya.

Kiat:Jika suhu naik sebesar 10°C, suatu komponen dapat bertahan setengah lama. Penempatan yang baik membantu perangkat bekerja lebih lama.

Pemilihan Bahan

Memilih bahan yang tepat membantu pendinginan dan membuat papan bertahan lebih lama. FR-4 kuat dan berfungsi untuk sebagian besar papan. Polyimide dapat menangani panas yang lebih tinggi untuk pekerjaan yang sulit. Lapisan tembaga tebal seperti 2 oz atau 3 oz menyebarkan panas dan menurunkan resistansi. Jalur lebar membawa lebih banyak arus dan menghentikan panas berlebih.

• Gunakan tuangan tembaga untuk memindahkan panas dari titik panas.
• Tambahkan lapisan untuk menjauhkan air dan debu.
• Pilih PCB inti logam untuk perangkat yang sangat panas atau bertenaga.

Alat Simulasi

Alat simulasi membantu insinyur menemukan masalah panas sebelum membuat papan. Alat-alat ini menunjukkan di mana titik panas mungkin terjadi dan bagaimana panas bergerak. Dengan menguji tata letak dan bahan dalam perangkat lunak, desainer dapat memilih cara terbaik untuk menjaga papan tetap dingin.

• Gunakan perangkat lunak termal untuk memeriksa suhu pada papan.
• Coba penempatan komponen dan bahan yang berbeda dalam simulasi.
• Ubah desain untuk memperbaiki titik panas yang ditemukan dalam model.

Catatan:Simulasi membantu menangkap masalah lebih awal dan menghemat uang. Ini membantu menyeimbangkan biaya, kesulitan, dan seberapa baik papan bekerja.

Menggunakan pendinginan PCB yang baik membantu perangkat bertahan lebih lama dan bekerja lebih baik. Ketika sesuatu menjadi terlalu panas, komponen aus lebih cepat dan rusak. Alat pendingin seperti vias termal dan heat sink membantu menjaga semuanya tetap dingin. Simulasi awal memungkinkan insinyur menemukan titik panas sebelum membangun papan. Insinyur harus memilih bahan yang dapat menangani panas dengan baik. Mereka juga harus merancang papan agar udara dapat bergerak dengan mudah.

Memastikan untuk mengelola panas di setiap proyek berarti perangkat akan lebih kuat dan bertahan lebih lama.

FAQ

Apa yang terjadi jika PCB tidak memiliki pendinginan yang baik?

Terlalu banyak panas dapat merusak komponen. Papan mungkin berhenti bekerja. Perangkat dapat rusak lebih cepat. Pendinginan yang baik menjaga semuanya tetap aman dan bekerja lebih lama.

Bagaimana insinyur memilih metode pendinginan yang tepat?

Insinyur melihat seberapa banyak panas yang dihasilkan perangkat. Mereka memeriksa ukuran dan biayanya. Mereka memilih pendinginan pasif untuk panas rendah dan pendinginan aktif untuk panas tinggi.

Bisakah menambahkan lebih banyak kipas selalu memperbaiki panas berlebih?

Lebih banyak kipas membantu memindahkan udara, tetapi terlalu banyak dapat menimbulkan kebisingan dan menggunakan lebih banyak daya. Insinyur menyeimbangkan aliran udara, kebisingan, dan biaya untuk hasil terbaik.

Mengapa beberapa PCB menggunakan inti logam?

Inti logam memindahkan panas dari komponen panas dengan cepat. Ini membantu menjaga papan tetap dingin. Perangkat yang menggunakan banyak daya seringkali membutuhkan PCB inti logam.