Η βασική αρχή του θερμικού σχεδιασμού για πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) έγκειται στην αποτελεσματική διαχείριση της θερμότητας που παράγεται από τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα κατά τη λειτουργία. Αυτό περιλαμβάνει την αποτελεσματική μεταφορά της θερμότητας μακριά από πηγές θερμότητας-όπως τσιπ και συσκευές ισχύος-και τη διασπορά της στο περιβάλλον περιβάλλον, διατηρώντας έτσι τις θερμοκρασίες λειτουργίας των εξαρτημάτων σε ένα ασφαλές και αξιόπιστο εύρος για να διασφαλιστεί η απόδοση του κυκλώματος και η μακροπρόθεσμη σταθερότητα.
Θερμική αγωγιμότητα: Αυτός είναι ο κύριος μηχανισμός για τη διάχυση θερμότητας μέσα σε ένα PCB. Η θερμότητα μεταφέρεται από συστατικά υψηλής{{1} θερμοκρασίας (πηγές θερμότητας) σε ψυχρότερες περιοχές μέσω στερεών υλικών (συγκόλληση, φύλλο χαλκού, υλικά υποστρώματος και υλικά θερμικής διεπαφής).
Critical Path: Chip/Device -> Pad/Pin -> PCB Copper Layer -> Internal Copper Layer (via thermal vias) -> Heat Dissipation Copper Layer/Thermal Pad ->Ψύκτρα/Αέρας περιβάλλοντος.
Στόχος Βελτιστοποίησης: Ελαχιστοποίηση της θερμικής αντίστασης κατά μήκος αυτής της διαδρομής. Όσο χαμηλότερη είναι η θερμική αντίσταση, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η μεταφορά θερμότητας.
Θερμική μεταφορά: Η θερμότητα μεταφέρεται από την επιφάνεια του PCB-ιδιαίτερα από μεγάλες χάλκινες επιφάνειες ή επιφάνειες ψύκτρας-στον περιβάλλοντα κινούμενο αέρα.
Φυσική μεταφορά: Βασίζεται στον φυσικό κύκλο θέρμανσης και ανόδου του αέρα. Τα ζητήματα σχεδιασμού πρέπει να περιλαμβάνουν τον προσανατολισμό των επιφανειών που διαχέουν θερμότητα{{1} (η κατακόρυφη τοποθέτηση είναι γενικά ανώτερη από την οριζόντια) και τον διαθέσιμο χώρο (για να εξασφαλιστεί επαρκής ροή αέρα).
Αναγκαστική μεταφορά: Χρησιμοποιεί ανεμιστήρες για ενεργή ώθηση της ροής αέρα, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση απαγωγής θερμότητας. Τα ζητήματα σχεδιασμού περιλαμβάνουν κανάλια ροής αέρα (για την καθοδήγηση του αέρα σε κρίσιμες περιοχές παραγωγής θερμότητας-) και την ταχύτητα του αέρα.
Θερμική Ακτινοβολία: Όλα τα αντικείμενα με θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν εκπέμπουν θερμότητα με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ενώ αυτός ο μηχανισμός είναι πιο έντονος σε περιβάλλοντα υψηλής-θερμοκρασίας ή κενού, η συμβολή του στη διάχυση θερμότητας σε τυπικές εφαρμογές PCB είναι σχετικά μικρή. Μπορεί να βελτιωθεί αυξάνοντας την ικανότητα εκπομπής της επιφάνειας (π.χ. χρησιμοποιώντας μαύρη ψύκτρα).
