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PCB上的器件熱耦合與散熱解決方案(圖文)

時(shí)間:2019-01-21 17:06:02來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 作者:admin 點(diǎn)擊:
任何散熱解決方案的目標(biāo)都是確保設(shè)備的工作溫度不超過(guò)其制造商規(guī)定的安全限值。在電子工業(yè)中,這個(gè)工作溫度被稱(chēng)為器件的“結(jié)溫”。例如,在處理器中,這個(gè)術(shù)語(yǔ)字

圖5:具有兩個(gè)組件的PCB的簡(jiǎn)單電阻網(wǎng)絡(luò)。

在節(jié)點(diǎn)J1,J2處應(yīng)用能量平衡,b1和b2:

PCB上的器件熱耦合與散熱解決方案

有四個(gè)方程和四個(gè)未知數(shù):Tj1,Tj2。 Tb1和Tb2。未知數(shù)可以通過(guò)求解聯(lián)立方程來(lái)確定。這個(gè)簡(jiǎn)單的例子表明,通過(guò)傳導(dǎo)路徑耦合兩個(gè)元件,找到結(jié)溫會(huì)變得復(fù)雜得多。在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)遇到具有不同導(dǎo)電平面的多個(gè)組件和多個(gè)PCB時(shí),情況比上述示例復(fù)雜得多,所有導(dǎo)電平面都通過(guò)傳導(dǎo),對(duì)流和輻射相互作用。

為了獲得合理的答案,設(shè)計(jì)師必須使用合理的工程判斷來(lái)近似不同組件之間的耦合。這可以通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):

方法1 - 使用控制體積法或電阻網(wǎng)絡(luò)模型的分析模型。這種方法需要過(guò)度簡(jiǎn)化問(wèn)題;否則解決方案變得非常復(fù)雜和不切實(shí)際。

方法2 - 在簡(jiǎn)化幾何上使用CFD,如Guenin [4] 所述。該方法表明組件的等效表面積為:

PCB上的器件熱耦合與散熱解決方案

其中An是組件的等效占位面積,Pn是組件的功耗,PTotal是總功耗,ATotal是PCB的總表面積。在計(jì)算等效占位面積之后,可以使用CFD模擬具有占位面積An和功耗為1瓦的單個(gè)元件的簡(jiǎn)單PCB。此過(guò)程可有效計(jì)算電路板溫度與環(huán)境溫度(θBA)之間的差值,功耗為1瓦。圖6顯示了一個(gè)這樣的元件的CFD模擬,圖7顯示了θBA作為PCB尺寸的函數(shù)。圖7可用于通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算其有效占地面積來(lái)確定其他組件的θBA。假設(shè)所有組件具有相同的占位面積。

PCB上的器件熱耦合與散熱解決方案

圖6:PCB上單個(gè)組件的CFD模擬 

PCB上的器件熱耦合與散熱解決方案

圖7:作為PCB尺寸 4 的函數(shù)的ΘBA分布。

《 p》電路板溫度可以計(jì)算如下:

PCB上的器件熱耦合與散熱解決方案

結(jié)溫可以計(jì)算為:

PCB上的器件熱耦合與散熱解決方案

其中ψJB是特征參數(shù)。

方法3 - 如果PCB可用,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量電路板溫度TB,并使用公式8來(lái)查找結(jié)溫。同樣,這是近似值,因?yàn)槠骷詈系絇CB的條件可能與JEDEC測(cè)試板使用的條件完全不同。

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