Conozca las mejores prácticas para administrar problemas térmicos en el diseño de PCB, como elegir los materiales correctos, optimizar el diseño, aplicar análisis térmicos y más.

While a mechanical designer may seem like the key solution contributor for this challenge initially,in reality,it's a multidisciplinary engineering issue where collaboration across various disciplines proves invaluable.Diverse perspectives lead to a more effective solution.For instance, a software designer can set operational limits for temperature thresholds in components,a PCB designer can implement measures to enhance heat dissipation, and a circuit designer can optimize component selections. The mechanical designer's key objective is reducing thermal resistance between the heat source and the electronic enclosure.Through collaborative efforts, whole team can develop a product that meets standards, customer requirements, and efficient.

Last updated on Jul 13, 2024

¿Cuáles son las mejores prácticas para gestionar los problemas térmicos en el diseño de PCB?

Los problemas térmicos son uno de los desafíos más comunes y críticos en el diseño de PCB, especialmente para aplicaciones de alta potencia, alta densidad o alta velocidad. El calor excesivo puede afectar el rendimiento, la confiabilidad y la vida útil de su PCB y sus componentes, así como presentar riesgos de seguridad. Por lo tanto, debe aplicar algunas prácticas recomendadas para administrar problemas térmicos en el diseño de PCB, desde la etapa de planificación hasta la etapa de prueba. Estos son algunos de los aspectos clave que debe considerar.

1 Elige los materiales adecuados

Los materiales que utiliza para su PCB y sus componentes pueden tener un impacto significativo en la gestión térmica de su diseño. Debe seleccionar materiales que tengan baja resistencia térmica, alta conductividad térmica y buena compatibilidad con el entorno operativo previsto. Por ejemplo, puede usar cobre o aluminio como difusores de calor, FR-4 o poliimida como sustratos, y cerámica o núcleo metálico como dieléctricos. También debe evitar los materiales que son propensos a la expansión térmica, deformación o agrietamiento.

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Mihirkumar Lad

Technical Member of Team Knock botz and GTU robotics club
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Here are some best practices: -Component Placement: Place high-power components evenly to avoid hotspots. -Thermal Vias: Use thermal vias to transfer heat from the top layer to inner or bottom layers. -Heat Sinks: Attach heat sinks to high-power components for efficient heat dissipation. -Copper Planes: Use large copper planes to spread heat and reduce thermal resistance. -Thermal Pads: Implement thermal pads under components to enhance heat transfer to the PCB. -Simulation Tools: Utilize thermal simulation software to predict and mitigate heat issues. -Ventilation: Design PCBs with adequate ventilation for improved air circulation.

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2 Optimizar el diseño

El diseño de su PCB también puede afectar la disipación de calor y la distribución de su diseño. Debe optimizar el diseño para minimizar las fuentes de calor, maximizar el flujo de aire y equilibrar la carga térmica. Por ejemplo, puede colocar los componentes generadores de calor alejados entre sí y de los componentes sensibles, utilizar vías y planos como disipadores de calor y alinear las trazas y los componentes con la dirección del flujo de aire. También debe evitar crear puntos calientes, bucles térmicos o gradientes térmicos.

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3 Seleccione los componentes apropiados

Los componentes que utiliza para su PCB también pueden influir en los problemas térmicos de su diseño. Debe seleccionar componentes que tengan un bajo consumo de energía, alta eficiencia y clasificaciones térmicas adecuadas. Por ejemplo, puede usar dispositivos de montaje en superficie (Smds) en lugar de dispositivos de orificio pasante (THDs), ya que tienen huellas más pequeñas, perfiles más bajos y una mejor transferencia de calor. También debe usar componentes que puedan manejar el rango de temperatura, corriente y voltaje esperados de su diseño.

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4 Aplicar análisis térmico

El análisis térmico es un paso crucial en la gestión de problemas térmicos en el diseño de PCB, ya que puede ayudarlo a identificar y resolver problemas potenciales antes de que se vuelvan costosos o peligrosos. Debe aplicar herramientas y métodos de análisis térmico en todo su proceso de diseño, desde el esquema hasta el prototipo. Por ejemplo, puede usar software de simulación, cámaras térmicas, termopares o sensores infrarrojos para medir y visualizar la distribución de temperatura, el flujo de calor y la resistencia térmica de su PCB y sus componentes.

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5 Implementar soluciones de refrigeración

Las soluciones de enfriamiento son otro aspecto esencial de la gestión de problemas térmicos en el diseño de PCB, ya que pueden ayudarlo a reducir y eliminar el exceso de calor de su diseño. Debe implementar soluciones de refrigeración que sean adecuadas para sus requisitos de diseño, restricciones y presupuesto. Por ejemplo, puede utilizar soluciones de refrigeración pasiva, como disipadores de calor, tubos de calor o almohadillas térmicas, o soluciones de refrigeración activa, como ventiladores, sopladores o sistemas de refrigeración líquida. También debe considerar el ruido, la potencia y los factores de mantenimiento de sus soluciones de refrigeración.

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6 Pruebe y valide su diseño

El paso final en la gestión de problemas térmicos en el diseño de PCB es probar y validar su diseño en condiciones y escenarios realistas. Debe probar y validar su diseño utilizando varios métodos e instrumentos, como ciclos térmicos, pruebas de esfuerzo, pruebas de quemado o pruebas de confiabilidad. También debe monitorear y registrar los parámetros de temperatura, corriente, voltaje y rendimiento de su PCB y sus componentes. También debe comparar los resultados con sus especificaciones y expectativas, y hacer los ajustes o mejoras necesarios.

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7 Esto es lo que más debe considerar

Este es un espacio para compartir ejemplos, historias o ideas que no encajan en ninguna de las secciones anteriores. ¿Qué más le gustaría añadir?

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Ali SARIGECILI, MSc.

Mechanical Design | Thermal Management | Structural Analysis | Capgemini Engineering | ASML
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While a mechanical designer may seem like the key solution contributor for this challenge initially,in reality,it's a multidisciplinary engineering issue where collaboration across various disciplines proves invaluable.Diverse perspectives lead to a more effective solution.For instance, a software designer can set operational limits for temperature thresholds in components,a PCB designer can implement measures to enhance heat dissipation, and a circuit designer can optimize component selections. The mechanical designer's key objective is reducing thermal resistance between the heat source and the electronic enclosure.Through collaborative efforts, whole team can develop a product that meets standards, customer requirements, and efficient.

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¿Cuáles son las mejores prácticas para gestionar los problemas térmicos en el diseño de PCB?

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1 Elige los materiales adecuados

2 Optimizar el diseño

3 Seleccione los componentes apropiados

4 Aplicar análisis térmico

5 Implementar soluciones de refrigeración

6 Pruebe y valide su diseño

7 Esto es lo que más debe considerar

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