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プリント基板放熱方法

電子部品は働く時、一定の熱を発生して、部品内部温度は急に上昇します。もし発生した熱を放り出さないと、部品は続いて温度が上がり、高温で部品は効かなくなり、電子部品の性能が下がります。ですのでプリント基板の放熱に対する処理はとても重要です。PCBプリント基板の放熱は設計中重要の一環で、次はプリント基板の放熱方法を検討します。

1.プリント基板自体の放熱にて今まで広く応用のPCB基材はガラスエポキシ基材若しくはフェノリック・アルデヒド.樹脂ガラス基材であり、紙ベタ基材も時々使用されます。これらの基板は優良の電気性能と可能性能がありますが放熱効果は悪いですので高発熱部品は普通プリント基板自体樹脂で熱伝導では無く、部品の表面から周囲の空気の中へ放熱します。でも電子部品の小型化、高密度化、高発熱化に伴い、表面面積の小さい部品を通して放熱するのはなかなか足りません。QFP、BGAとかの表面実装部品はたくさん使用されていることもありますので部品から発生された熱は大量にプリント基板に伝導しますので放熱を解決する一番いい方法はPCB基板自体の放熱能力を向上するということで、プリント基板を通して熱を放り出します。


2.高発熱部品はヒートシンクをつけてPCB基板の上に少数部品の発生した熱は高い時、(3個以下)、発熱部品の上にヒートシンクを実装できますが温度がなかなか下がらない時、FAN付きのヒートシンクを採用して放熱効果を向上します。発熱部品は多くて(3個以上)大きい放熱カバーも使えます。これはPCB基板の発熱部品位置と高さによって作った専用の放熱器で若しくは大きいプレーンの上に各部品の高さを作って放熱カバーを部品の上に被って各部品の接触を通して放熱します。でも部品実装の時、高さの一致性が良くないため、放熱効果は良くないます。

普通は部品の上に柔らかい熱伝垫子クッションをつけて放熱効果を改善します。

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3.フリー対流エアクーリングを採用した部品に対して、集成電路(若しくは他の部品)を縦に長方形若しくは横長方形で並べたほうがいいです。

4.合理的なパターン設計で放熱を実現します。基板内の樹脂熱伝導性が悪いため、ベタパターンとビアは熱伝導性は良いですので放熱の主要手段としてはベタ剰余率とアップすることと熱伝導ビアの数を増えることです。プリント基板の放熱能力を評価するには熱伝導係数の違う各材料から構成した複合材料一一プリント基板用絶縁基板の等効果熱伝導係数(九eq)に対して計算する必要があります。

5.一つのプリント基板の部品は出来るだけ発熱量の多少及び放熱程度で領域を分けて並べるべきです。発熱量少ない部品若しくは熱に耐えられない部品(例えば小信号トランジスタ、小規模集成回路、電解コンデンサ)は冷却気流の一番上(入り口箇所)に置いて、発熱量多い部品若しくは熱に耐えられる部品(例えば工率トランジスタ、大規模集成回路とか)は冷却気流の一番下に置きます。

6.水平方向で大パワー部品は出来るだけプリント基板端に沿って配置して伝熱経路を短くするためです;垂直方向で大パワー部品は出来るだけプリント基板上側に寄って配置し、これらの部品は働く時、他部品温度への影響を少なくするためです。

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7.プリント基板の放熱は空気流動に頼りますので設計の時、空気流動経路を研究し、合理的に部品若しくはプリント基板を配置します。空気は一般的に抵抗力の小さい所へ流動しますのでプリント基板の上に部品を配置する時、広範囲の空きスペースを避けることです。多数のプリント基板を配置する時も同様です。

8.温度に敏感な部品は温度の低い領域に配置したほうがいいです。(例えば設備の底側)

発熱部品の真上に配置するのは禁止です。多数部品の場合、出来るだけ水平面の上に相互交錯してレイアウトします。

9.効率最高と発熱最大の部品は放熱効果一番いい位置の近くに配置します。発熱量高い部品をプリント基板の隅と基板端に配置してはいけません。(基板隅と基板端近傍に放熱装置を実装することは除く)。効率抵抗を設計している時、出来るだけ大きい部品を選択します。且つプリント基板レイアウトを調整する時、十分な放熱スペースを確保します。

10.プリント基板熱ポイント密集を避けるため、出来るだけ効率をバランスよく基板の上に分布してプリント基板表面温度性能の均一性と一致性を保持します。設計途中で厳格にバランスよく分布するのは難しいですが効率密度高い領域を避けなければなりません。全体的の電路働きに影響があることを防ぎます。宜しければプリント基板の熱能率分析を行う必要があります。

例えば専門的なPCB設計CADに熱能率指標分析ソフトブロックを増加して設計者にもっといい回路設計に役に立ちます。

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