In der heutigen schnelllebigen Welt, Elektronische Geräte schrumpfen rapide in ihrer Größe, während gleichzeitig ihre Funktionalität zunimmt. Um mit diesem Trend Schritt zu halten, Auch das Design von Leiterplatten muss sich weiterentwickeln, um kompakter zu werden. Stellen Sie sich eine kleine Leiterplatte vor, auf der sich verschiedene Dinge befinden elektronische Bauteile, Sie alle erzeugen Wärme. Wenn keine wirksamen Wärmemanagementmaßnahmen ergriffen werden, Der normale Betrieb und die Lebensdauer des Geräts werden beeinträchtigt. Eine der effektivsten Möglichkeiten, ein optimales Wärmemanagement der Leiterplatte zu erreichen, ist der Anschluss eines Leiterplattenkühlkörpers. In diesem Artikel, Wir werden diese wichtige Komponente umfassend vorstellen, einschließlich seiner Materialien, Arbeitsprinzipien, Anwendungsszenarien, Auswahlhilfe, usw.
Was ist ein PCB-Kühlkörper??
Der PCB-Kühlkörper ist eine passive Wärmemanagementkomponente, normalerweise aus Metall, ein Material mit hoher Qualität Wärmeleitfähigkeit. Seine Hauptfunktion besteht darin, die von den elektronischen Bauteilen auf der Leiterplatte erzeugte Wärme durch Wärmeleitung aufzunehmen und abzuleiten, Dadurch wird die Gerätetemperatur innerhalb eines sicheren Betriebsbereichs gehalten und Schäden oder Leistungseinbußen verhindert.
Materialien des PCB-Kühlkörpers
Häufig verwendete Materialien zur Herstellung von Leiterplatten-Kühlkörpern sind die folgenden:
- Aluminium: Aluminium ist das am häufigsten verwendete Kühlkörpermaterial. Es ist leicht und hat eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit. Wichtiger, es ist billiger als andere Kühlkörpermaterialien, Daher ist es weit verbreitet.
- Kupfer:Es hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium, ist aber mit höheren Kosten verbunden. Daher wird es häufig zur Herstellung von Kühlkörpern für Hochleistungsanwendungen verwendet.
- Aluminiumlegierungen: Verschiedene Aluminiumlegierungen bieten verbesserte mechanische Eigenschaften und können auf spezifische Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit zugeschnitten werden, Stärke, und Korrosionsbeständigkeit.
- Graphit: Graphit, obwohl es kein Metall ist, hat eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit und kann in PCB-Kühlkörpern verwendet werden, insbesondere bei Anwendungen, bei denen das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt.
- Keramik: Es eignet sich besonders in Situationen, in denen auch eine elektrische Isolierung erforderlich ist, zusätzlich zur Wärmeableitung. Allerdings leitet Keramik im Allgemeinen Wärme nicht so gut wie Metalle.
Nachfolgend listen wir eine Tabelle auf, um diese Materialien unter verschiedenen Gesichtspunkten zu vergleichen:
| Material | Wärmeleitfähigkeit(W / mK) | Kosten | Gewicht | Elektrische Isolierung | Allgemeine Anwendungen |
| Aluminium | ~205 | Niedrig | Licht | Nein | Allgemeiner Gebrauch, weit verbreitet |
| Kupfer | ~385 | Hoch | Schwer | Nein | Hochleistungsanwendungen |
| Aluminiumlegierungen | Variable (~120-220) | Mäßig | Licht | Nein | Anwendungen, die spezifische mechanische Eigenschaften erfordern |
| Graphit | ~150-400 (anisotrop) | Mäßig-Hoch | Sehr leicht | NEIN | Gewichtskritische Anwendungen |
| Keramik | Variable (20-200) | Mäßig-Hoch | Mäßig | Ja | Elektrische Isolierung erforderlich |
Wie funktioniert der PCB-Kühlkörper??
Die grundlegende Funktionsweise eines PCB-Kühlkörpers basiert auf dem Prinzip der Wärmeleitung, Hier wird die von PCB-Komponenten erzeugte Wärme effektiv auf den Kühlkörper übertragen, eine speziell für diesen Zweck entwickelte Komponente. Komponenten auf einer Leiterplatte erzeugen im Betrieb häufig Wärme, Schaffung von Bereichen mit hoher Temperatur. Der Kühlkörper, Entwickelt, um niedrig zu sein thermischer Widerstand, wirkt als Wärmebrücke, Diese Wärme wird von den Bauteilen abgeleitet. Typischerweise weist es eine große Oberfläche auf, oft mit Flossen versehen, um eine effiziente Wärmeübertragung an die Umgebungsluft zu ermöglichen.
Befestigungsmethoden für Leiterplatten-Kühlkörper
Leiterplattenkühlkörper können auf verschiedene Arten auf der Leiterplatte montiert werden, einschließlich:
Thermokleber: Einfach und effektiv, Thermoklebstoffe (Paste oder Klebeband) sorgen für eine dauerhafte Bindung, Für viele Anwendungen geeignet, zukünftige Anpassungen jedoch schwierig.
Stecknadeln: Ideal zur Befestigung größerer Kühlkörper, Druckstifte bieten eine starke Befestigung durch die Leiterplatte und sind leichter zu entfernen als Klebstoffe.
Clips und Halterungen: Diese sorgen für eine sichere, Werkzeuglose Befestigung, praktisch für Anwendungen, bei denen der Kühlkörper entfernt oder angepasst werden muss.
Schraubmontage: Bietet eine dauerhafte Verbindung, Schrauben erfordern Löcher oder Abstandshalter auf der Leiterplatte, ermöglichen aber ein unkompliziertes Anbringen und Abnehmen.
Schnappverschluss: Für leichtere Kühlkörper, Schnappbefestigungen ermöglichen eine schnelle und werkzeuglose Montage und Demontage.
Thermisches Epoxidharz: Ähnlich wie Klebstoffe, bietet jedoch eine stärkere Bindung, Thermoepoxidharze sind dauerhaft und bieten eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit.
Lötanker: Wird in Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit verwendet, Das direkte Anlöten des Kühlkörpers an die Leiterplatte gewährleistet maximale Haltbarkeit und thermische Effizienz, ist aber dauerhaft.
Situationen W.hier PCB-Kühlkörper Sind Gebraucht
Wenn wir eine Leiterplatte entwerfen, Wie bestimmen wir, ob wir einen Kühlkörper verwenden müssen?? Im Folgenden sind Situationen aufgeführt, in denen normalerweise PCB-Kühlkörper verwendet werden:
- Beim Leiterplattendesign werden Prozessoren wie die CPU verwendet, GPU und MPU, Normalerweise ist ein Kühlkörper erforderlich.
- Wenn Leistungskomponenten wie Leistungsregler vorhanden sind, Leistungsverstärker und Netzteile, ein Platinenkühlkörper ist erforderlich. Denn solche Bauteile neigen dazu, mehr Wärme abzuleiten.
- Wenn zu viele Komponenten auf der Leiterplatte vorhanden sind und diese zu dicht angeordnet sind, Es wird mehr Wärme erzeugt. In diesem Fall, Wir müssen auch einen Kühlkörper verwenden, um die Temperatur der Komponenten zu senken.
- Überlegen Sie, ob je nach endgültiger Anwendung der Leiterplatte ein Kühlkörper erforderlich ist. Zum Beispiel, wenn Leiterplatten in Umgebungen mit hohen Temperaturen verwendet werden, Ein Kühlkörper ist ebenfalls unerlässlich.
Tipps für das PCB-Kühlkörperdesign
Nur durch die Entwicklung eines geeigneten Kühlkörpers können Sie ein maximales Wärmemanagement erreichen. Hier geben wir einige grundlegende Designtipps für PCB-Kühlkörper:
- Materialauswahl
Aluminium hat ein geringeres Gewicht und einen relativ niedrigen Preis, während Kupfer eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit bietet. Deshalb, bei der Auswahl von Kühlkörpermaterialien, Wir müssen ihre Eigenschaften umfassend berücksichtigen, einschließlich der Wärmeleitfähigkeit, Kosten, Gewicht, usw. - Flächenmaximierung
Beim Entwurf eines Kühlkörpers, Sie können die Oberfläche des Kühlkörpers der Leiterplatte vergrößern, indem Sie Rippen oder Stifte verwenden, um die Wärmeableitung zu verbessern. Dies liegt daran, dass bei einer solchen Konstruktion mehr Luft durch den Kühlkörper strömen kann, Dadurch wird die Wärme effizienter abgeführt. - Luftstromoptimierung
Gestalten Sie die Anordnung und Positionierung des Kühlkörpers so, dass der natürliche oder erzwungene Luftstrom im Gerät genutzt wird. Die Ausrichtung der Lamellen sollte mit der Luftströmungsrichtung übereinstimmen, um die Wärmeableitung zu maximieren. - Platzbeschränkung
Es ist von entscheidender Bedeutung, dass ausreichend Platz für die Montage des Kühlkörpers auf der Leiterplatte vorhanden ist. Zum Beispiel, in Szenarien, in denen eine Höhenbeschränkung besteht, Die Entscheidung für Kühlkörper mit niedrigem Profil kann eine effiziente Wärmeableitung ermöglichen, ohne diese räumlichen Grenzen zu überschreiten. - Simulation und Test
Nach Abschluss des Kühlkörperdesigns, Wir müssen thermische Simulationssoftware verwenden, um die Leistung des Kühlkörpers unter verschiedenen Betriebsbedingungen vorherzusagen, Stellen Sie sicher, dass die vorgesehene Leistung erreicht werden kann.
Fazit
Ein PCB-Kühlkörper erhöht die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit elektronischer Geräte, indem er die überschüssige Wärme, die von Komponenten auf der Leiterplatte erzeugt wird, effizient ableitet. Durch diesen Blog, Unser Ziel ist es, branchenführende Praktiken bei der Entwicklung von Leiterplatten-Kühlkörpern weiterzugeben, Bietet wertvolle Einblicke für Ihre Projekte. Als Branchenexperte mit langjähriger Erfahrung im PCB-Bereich, MOKO Technology beherrscht die Entwicklung und Herstellung verschiedener Leiterplatten. Wenn Sie weitere Fragen zum PCB-Wärmemanagement haben, oder bekommen wollen hochwertige PCB-Designdienstleistungen von uns, bitte kontaktiere uns Jetzt.
