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방열 실수 없는 보드 설계 방법 안내서

Boyd는 50년 이상 열 솔루션을 설계 및 제조해 왔으며 세계 최대 기업부터 소규모 현지 신생 기업에 이르기까지 전 세계 파트너와 협력해 왔습니다. 그렇게함으로써 우리는 쉽게 예방할 수있는 열 문제로 인한 혼란을 보았습니다. 열 솔루션을 계획하지 않으면 시간, 비용 및 리소스가 소요될 뿐만 아니라 많은 양의 재작업 또는 대규모 장치 오류가 발생할 수 있습니다.

시간을 투자해 냉각의 중요성을 적절히 고려하면 장치의 성공 여부에 큰 차이를 만들 수 있을 뿐 아니라 향후 비용 관련 고민을 줄일 수 있습니다. 아래에서 소개하고 있는 내용은 모든 산업에서 전자 설계를 할 때 고려해야 하는 사항입니다.

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미래를 고려하지 않을 때의 위험

개발 과정 초기에 열 관리를 고려하지 않았을 때 치러야 하는 대가는 단순한 금전적 문제 이상입니다. 재정적인 영향도 물론 충격적이겠지만, 냉각 솔루션을 충분히 준비하지 못한 경우 결국에는 기한 초과, 제품 오류와 리콜, 추가 비용이 드는 재설계, 재작업, 소재 폐기, 안전 문제, 끝없는 좌절감 등의 결과를 맞이하게 됩니다.

수준 이하의 냉각 솔루션을 채택하면 부정적인 제품 후기, 신뢰성 하락, 짧은 제품 수명, 소음 문제, 높은 유지 비용, 전체적인 성능 저하 등의 영향을 받게 됩니다. 향후 호환성 또한 불투명합니다. 열악한 솔루션으로는 다음 세대로 나아갈 수 없지만, 최적화된 솔루션을 사용하면 차세대 제품에 한 발 더 가까워질 수 있습니다.

따라서, 시간과 노력을 들여 냉각을 최적화하고 설계 과정 초기에 적용하는 것이 중요합니다.

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열 솔루션이 설계에 미치는 영향 - 최종 제품에 대한 보드

적절한 냉각을 염두에두고 보드를 설계하면 보드의 전체 레이아웃이 변경 될 수 있습니다. 엔지니어가 방열판을 장착할 공간이 없거나 필요한 솔루션이 최종 제품에 비해 너무 크다는 것을 깨닫기 위해서만 기판을 설계 및 제작하는 것이 일반적입니다.

열 관리는 종종 사후 생각이며, 많은 사람들은 올바른 풋 프린트가있는 방열판을 찾아 단순히 위에 올려 놓는다고 생각합니다. 현실은 올바른 방열판을 선택하고 보드를 올바르게 수용하도록 설계하는 데 많은 요소가 있다는 것입니다.

열원 및 기타 구성 요소의 위치는 냉각 솔루션의 크기와 모양에 영향을 미칩니다. 반대로, 시스템을 다른 각도에서 보면 냉각 용액의 크기와 모양이 열원을 배치해야하는 위치에 영향을 미칩니다. 장착 구멍은 트레이스의 라우팅에 영향을 미치며 특정 위치에 장착하지 못할 수 있습니다. RAM 위치는 방열판 크기를 결정하는 요인이 될 수 있지만 방열판의 크기는 RAM을 배치 할 수있는 위치에 영향을 미칩니다.

전체 과정에서 최종 제품을 고려해야합니다. 터치 온도, 공기 흐름, 직접 주변 공기 접촉은 모두 중요한 요소입니다. 인클로저의 크기와 모양과 제품의 크기 및 무게 요구 사항은 각각 열 관리 선택뿐만 아니라 보드 레이아웃에도 영향을 미칩니다.

기판을 설계하는 동안 열 고려 사항

너무 자주 엔지니어는 전자 기능만을 염두에두고 보드를 설계하고 회전시킵니다. 이로 인해 많은 경우 열 솔루션이 보드에서 가장 큰 구성 요소가되거나 유로 또는 환기 구멍이 필요할 수 있음을 쉽게 잊을 수 있습니다. 따라서 보드를 돌리기 전에 열 관리 솔루션을위한 공간을 확보하고 전체 보드 및 포장을 고려하십시오. 계획을 세우는 동안 다음 질문을 스스로에게 물어보십시오.

보드 레벨/레이아웃

최종 제품은 부피 또는 무게 제약(예: 정제)으로 인해 방열판 사용을 금지합니까?

최종 제품의 설계 제약으로 인해 방열판을 포함할 수 없는 경우 보드에 열 비아를 사용하는 것이 좋습니다. 열 비아는 PCB의 전도성 트레이스로서 열원에서 열을 분산시키는 데 도움이 됩니다.

열 솔루션이 존재할 수 있도록 유지 영역을 설계해야합니까? 상대적으로 높은 방열판을 수용 할 수있는 수직 여유 공간이 있습니까? 아니면 방열판을 펼칠 수있는 충분한 풋 프린트가 있습니까?

방열판을 배치하는 데 사용할 수 있는 볼륨이 충분한지 확인합니다. 열원보다 큰 방열판이 필요할 수 있는 경우 근처에 방열판 배치를 방해하는 더 큰 구성 요소가 없는지 확인해야 합니다. 예를 들어, 방열판이 필요할 수 있으므로 RAM(보드 위에 수직)을 프로세서에 매우 가깝게 두지 마십시오.

여러 장치를 하나의 베이스로 방열판할 수 있습니까?

냉각이 필요한 장치가 여러 개인 경우 여러 장치에서 하나의 방열판을 사용할 수 있을 만큼 가까이 두는 것이 좋습니다. 이를 통해 제품의 복잡성과 조립 시간을 줄일 수 있습니다. 이것은 특정 시점까지만 작동한다는 것을 명심하십시오. 장치가 더 높은 전력을 소비하는 경우 보드에 공간을 확보하고 별도의 더 큰 방열판을위한 공간을 확보해야합니다.

방열판을 장치 또는 보드에 어떻게 부착합니까?

장착 하드웨어를 사용하는 경우 비아 및 기타 장치를 더 큰 방열판을 수용하기 위해 구멍이나 납땜 후크를 배치해야 하는 영역에서 멀리 라우팅해야 합니다. 테이프를 사용하는 경우 물리적 하드웨어만큼 강력하지 않습니다. 테이프는 기계적 부착 방법과 결합된 얇은 본드 라인 인터페이스 재료와 동일한 열 성능을 제공하지 않습니다.

기류/최종 제품

보드에 공기 흐름이 있습니까? 강제 대류를 위해 팬을 사용할 것입니까, 아니면 열을 발산하기 위해 자연 대류에 의존 할 것입니까?

팬이 필요한지 여부는 전력 밀도, 총 전력 및 주변 공기의 가용성과 같은 요인에 따라 다릅니다. 전체 보드를 냉각해야 하는지 아니면 단일 장치만 냉각해야 하는지 고려하십시오. 이렇게 하면 보드 레이아웃과 팬 배치를 결정하는 데 도움이 됩니다.

공기 흐름이 나머지 구성 요소에 어떤 영향을 미칩니 까?

수동 및 능동 냉각 모두에서 공기 예열 효과를 무시하지 마십시오. 온도에 가장 민감한 장치를 공기 흐름의 상류에 유지하십시오. 서로 가열하는 것을 최소화하기 위해 공기 흐름의 방향을 따라 방열 장치를 비틀어 놓으십시오.

보드가 인클로저에 있습니까?

냉각 솔루션은 인클로저를 통해 열을 발산하거나 환기를 제공해야 할 때 더욱 복잡해집니다. 외부 방열판 또는 인클로저를 방열판으로 사용하는 것을 고려해야 할 수도 있습니다. 공기 대 공기 열교환기도 실행 가능한 옵션입니다.

자연 대류를 사용하는 경우 보드와 방열판이 굴뚝 효과를 높이도록 지향합니까?

방열판의 핀 피치는 굴뚝(또는 스택) 효과를 최대한 활용할 수 있도록 최적화되어야 합니다. 이것은 히트 싱크 핀의 방향 및 간격과 결합 된 발열량으로 인해 열원에서 열이 더 빨리 이동하게되는 경우입니다. 방향이 맞지 않으면 방열판의 열 성능이 저하됩니다.

기판을 설계할 때 가장 흔히 발생하는 5가지 열 실수

  • 방열판을 수용하기 위해 장치 주변의 "Keep Out" 영역을 위한 충분한 공간을 허용하지 않습니다.
  • 시스템 수준의 공기 흐름 및 공기 이동기 배치를 고려하지 않습니다. 예를 들어 유동 경로에 키가 크거나 부피가 큰 장치를 배치하여 공기 흐름을 금지하는 것이 있습니다.
  • 장착 구멍이 가야 하는 영역에서 회로를 라우팅합니다.
  • 공기 흐름, 자연 대류 또는 방열판 배치를 방해하는 최적이 아닌 RAM 배치.
  • PCB의 뒷면을 고려하지 않습니다. 예를 들어, 푸시 핀 및 장착 하드웨어를 위한 공간을 허용하지 않습니다.

너무 늦었다면 어떨까요? 잠재적 인 빠른 수정

  • 자연 대류 열 솔루션에 팬을 추가하면 성능이 빠르게 향상됩니다. 이 수정 프로그램에는 자체 고려 사항이 있지만 여기에는 전력 소비, 잡음 및 추가 볼륨이 포함됩니다.
  • 인클로저에 개구부를 절단하여 추가 환기를 제공하십시오. 이 옵션은 IP 등급에 영향을 줄 수 있습니다.
  • "열 반창고"라고도 하는 작은 구리 스프레더를 추가하면 열 성능을 약간 향상시켜야 할 때 도움이 될 수 있습니다. 이러한 솔루션은 저전력, 로우 프로파일 응용 제품에 가장 적합합니다.
  • 현재 방열판을 비슷한 풋프린트이지만 더 나은 열 특성을 가진 방열판으로 전환하십시오. 예를 들어 알루미늄 방열판을 구리 방열판으로 전환하거나 방열판을 고급 핀 유형 솔루션으로 교체하여 더 많은 표면적을 허용하는 것이 포함됩니다. 이 시나리오에서는 비용이 제한 요소가 될 수 있습니다.

최종 결론

열 관리를 사후 사고로 취급하는 것은 재앙이 될 수 있습니다. 솔루션을 "수정"하는 데 적용할 수 있는 여러 가지 개선 사항이 있지만 냉각 솔루션을 염두에두고 보드를 설계하는 대신 사용할 수 있는 것은 없습니다. 미리 생각하면 비용이 많이 드는 오류를 방지하고 제품이 성능, 안정성 및 수명에 최적화되어 있는지 확인할 수 있습니다.

보이드 디자인이 도움이 될 수 있습니다. Boyd는 개념 개발 초기에 엔지니어링 서비스를 제공하고 전체 개조만큼 늦게 엔지니어링 서비스를 제공합니다. 당사의 엔지니어는 개념에서 제조 및 미래 세대에 이르기까지 전체 제품 개발주기에 걸쳐 지속적인 지원을 제공 할 수 있습니다. 처음에 Boyd를 도입함으로써 팀이 불충분 한 열 관리의 결과를 피할 수있을뿐만 아니라 제품이 성공을 위해 완전히 최적화되도록 보장 할 수 있습니다.

질문이 있으십니까? 저희가 도와드리겠습니다!