Теплоотвод на печатной плате: как отвести тепло от компонентов

Мощные транзисторы, стабилизаторы, светодиоды и микроконтроллеры нагреваются при работе. Если тепло не отводить, компоненты перегреваются, быстрее стареют и могут выйти из строя. Значительную часть тепла можно отвести через саму печатную плату — если заложить это при проектировании.

Медь — главный проводник тепла

Медь проводит тепло в сотни раз лучше стеклотекстолита. Поэтому основные способы теплоотвода на плате связаны с медью:

• широкие полигоны под мощными компонентами и вокруг них;
• увеличенная толщина меди — 70 мкм вместо стандартных 35 мкм;
• внутренние слои-полигоны в многослойных платах, которые распределяют тепло по всей площади.

Тепловые переходные отверстия

Если компонент стоит на одной стороне платы, а отвести тепло нужно на другую, используют массив переходных отверстий под теплоотводящей площадкой — тепловые переходы. Металлизированные стенки отверстий передают тепло на противоположный слой, где можно разместить полигон или радиатор.
Что важно учесть:

• отверстия ставят плотно, сеткой, прямо под площадкой корпуса (например, QFN или DPAK);
• при монтаже припой может затекать в отверстия и «уходить» из-под компонента — это решают уменьшением апертур трафарета, закрытием отверстий маской с обратной стороны или заполнением отверстий;
• для мощных узлов отверстия можно заполнить и закрыть медью — это дороже, но даёт ровную площадку и лучший теплоотвод.

Термобарьеры: когда тепло наоборот мешает

При пайке хороший теплоотвод работает против нас: большой полигон забирает тепло от вывода, и припой плохо смачивает соединение. Поэтому выводы, которые подключены к полигонам, соединяют через термобарьеры — несколько тонких перемычек. Важно не путать: термобарьер нужен для пайки, а для теплоотвода от мощного компонента нужен сплошной контакт с медью.

Алюминиевые платы

Для мощных светодиодов и силовой электроники используют платы на алюминиевом основании. Тонкий диэлектрик с высокой теплопроводностью передаёт тепло на алюминиевую пластину, которая работает как радиатор. Обычно это однослойные платы, и все компоненты стоят на одной стороне.

Что ещё помогает

• Располагать горячие компоненты подальше от чувствительных — датчиков, электролитических конденсаторов, кварцев.
• Не ставить несколько мощных компонентов вплотную друг к другу.
• Оставлять место для радиатора и крепёжных отверстий, если он может понадобиться.
• Проверять нагрев на опытных образцах — тепловизором или термопарой.

Как мы работаем

Мы изготавливаем платы с толстой медью, на алюминиевом основании и многослойные, монтируем компоненты с теплоотводящими площадками. Если сомневаетесь, хватит ли теплоотвода в вашем проекте, — пришлите файлы, подскажем по технологии.