قرار دادن هیت سینک برای قطعات smd

در بردهای الکترونیکی، این احتمال وجود دارد که PCB شما به دلیل اتلاف جریان در اجزای خاص بسیار داغ شود. هر گاه یک قطعه به دمای بالا برسد که فراتر از محدوده عملکرد ایمن یک قطعه باشد، طول عمر آن بسیار کاهش می یابد یا ممکن است قطعه فوراً از کار بیافتد. اگر با یک دستگاه قدرت بالا کار می کنید، ممکن است به یک هیت سینک SMD روی قطعات خاصی نیاز داشته باشید. در نهایت، هیت سینک می تواند اجزای سازنده محصول شما را نجات دهد.

چه عاملی باعث گرم شدن PCB و نیاز به هیت سینک SMD می شود؟

انرژی الکتریکی در اثر تلفات مقاومتی به انرژی حرارتی تبدیل می شود. همه اجزا، چه مدارهای غیرفعال ساده و چه مدارهای منطقی پیچیده، مقداری تلفات مقاومتی خواهند داشت. نکته در این جاست که آیا قطعه ای از مدار ما به دمای بیشتر از حد معمول خود خواهد رسید یا خیر، و همچنین اینکه آیا این گرما می تواند بر اجزای مجاور تأثیر بگذارد یا خیر.

برای شروع، باید با نگاه کردن به دیتاشیت ها و اتلاف انرژی، مشخص کنید که کدام قطعه ها برای استفاده از سینک حرارتی مناسب هستند. برخی از قطعات اصلی که در معرض خطر خرابی ناشی از اتلاف توان بالا هستند عبارتند از:

۱-مقاومت‌ها یا آرایه‌های مقاومت، به‌ویژه زمانی که در انتقال توان استفاده می‌شوند
۲-ماسفت هایی که در انتقال نیرو یا تنظیم توان استفاده می شوند
۳-تنظیم کننده های خطی برای تنظیم ولتاژ با اتلاف گرما طراحی شده اند
۴-آی سی های دیجیتال بزرگ که بخش عمده ای از قدرت محاسباتی را فراهم می کنند
۵-اجزای الکترومکانیکی (موتورها، کلیدها و غیره)

برخی از این اجزا ممکن است که یک هیت سینک مستقل برای مهار دمای اضافه داشته باشند. برای مثال، ماسفت‌ها و تنظیم‌کننده‌های خطی در بسته‌های TO یا بسته‌های SOT معمولاً یک هیت سینک متصل به قالب دارند (به تصویر زیر توجه کنید). این سینک را می توان مستقیماً روی یک پد زمینی در طرح PCB نصب و لحیم کرد و مسیر مستقیمی را برای اتلاف گرما به دور از قطعه ایجاد می کند.

ترانزیستورهای قدرت ممکن است دارای یک زبانه حرارتی یا پد حرارتی باشند که مسیری را برای اتلاف گرما فراهم می کند.

بسته به قدرتی که در این قطعات استفاده می شود، ممکن است به یک هیت سینک SMD اضافی نیاز داشته باشید که بتواند مستقیماً روی قطعه نصب شود. بهترین راه برای اتصال این قطعات چیست و واقعاً چه زمانی به آنها نیاز خواهید داشت؟

راه حل پیشنهادی برای جلوگیری از اتلاف دما

هنگامی که قطعاتی که باعث ایجاد گرما در مدار هستند را شناسایی کردید، می توانید از دیتاشیت برای تخمین افزایش دما استفاده کنید. یکی از مشخصات مهمی که باید به دنبال آن باشید مقاومت حرارتی است. مقاومت حرارتی مولفه ای است که به وسیله آن میتوانید مقدار دمایی که قطعه پیدا می کند و بیشتر از دمای محیط است را در اختیار شما قرار دهد. می‌توانید از داده‌های مقاومت حرارتی موجود در دیتاشیت قطعات خود استفاده کنید.

همانطور که پپیش تر گفتیم افزایش دمای مورد انتظار را می توان با استفاده از مقدار مقاومت حرارتی ارائه شده در دیتاشیت و اتلاف توان مورد انتظار در طراحی را محاسبه کرد. به عنوان مثال، رگولاتور ولتاژ LM7805 در بسته بندی های متعددی عرضه می شود که هر کدام دارای مقادیر مقاومت حرارتی متفاوتی هستند. مقادیر معمول مقاومت حرارتی بین محل اتصال و محیط برای اجزای قدرت ۲۰ تا ۳۰ درجه سانتیگراد بر وات است. با این حال، برای LM7805 در یک بسته TO-220، دیتاشیت مقاومت حرارتی از محل اتصال به محیط را ۵۴ درجه سانتیگراد بر وات فهرست می کند! این یک سطح بزرگ از اتلاف گرما است: در اتلاف توان ۳ وات در رگولاتور (این امر قطعاً در ولتاژ ورودی بالا اتفاق می‌افتد، حتی اگر جریان کم باشد)، احتمالاً با افزایش دمای رگولاتور به میزان ۱۶۲ درجه سانتی‌گراد، طراحی با شکست مواجه خواهد شد.

گاهی اوقات، یک دیتاشیت تنها حداکثر اتلاف توان مطلق را فهرست می کند. گاهی اوقات چنین اتفاقی می‌افتد که یک قطعه اقدامات حفاظتی برای کمک به جلوگیری از خرابی قطعه را دارد. اگر یک هیت سینک SMD را روی قطعه اضافه کنید، مقاومت حرارتی بسته به محیط می تواند در مجاورت ۱۰ درجه سانتیگراد بر وات باشد، که یک پیشرفت بزرگ نسبت به مقدار مقاومت حرارتی معمولی اتصال به محیط است.

بهترین راه برای نصب یک سینک حرارتی SMD

هنگامی که ما به “هیت سینک SMD” اشاره می کنیم، لزوماً به دستگاهی اشاره نمی کنیم که به لایه سطحی PCB لحیم می شود. این دستگاه‌ها را می‌توان مستقیماً روی بسته‌بندی قطعات نصب کرد تا اتلاف گرمای بالایی را از قطعه فراهم کند. همچنین می‌توان آن‌ها را در پشت PCB نصب کرد یا می‌توان از آن‌ها به عنوان پلی برای دفع گرما به داخل محفظه استفاده کرد

مطمئن شوید که هیت سینکی که برای قطعتون استفاده میکنید مناسب آن باشد.

یک هیت سینک SMD را می توان به صورت مکانیکی (با یک گیره یا پیچ)، با استفاده از یک ترکیب حرارتی (گریس و غیره) یا یک پد حرارتی نصب کرد. اجزای پرقدرت ممکن است دارای یک زبانه حرارتی یا پد حرارتی باشند که به جای یک هیت سینک SMD، آن را به یک پد روی PCB (به شبکه GND) لحیم کنید. با این حال، می‌توانید در صورت نیاز، یک هیت سینک SMD را به یکی از این اجزا اضافه کنید. این امر در بخش‌های تحویل نیرو که از آرایه‌های ماسفت استفاده می‌کنند، رایج است. یک هیت سینک بزرگ را می توان به چندین جزء لحیم کرد تا گرمای بیشتری را دفع کند.
با توجه به نیاز به PCB های کوچکتر، یعنی نیاز به قدرت پردازش بیشتر در بسته های کوچکتر، گرما مشکل سازتر است. در این بردهای کوچک، ممکن است فضایی برای فن‌ها، هیت سینک‌های بزرگ یا فاصله بین اجزا وجود نداشته باشد تا از انتشار گرما در اطراف برد جلوگیری شود. هنگامی که یک برد با اتلاف حرارت بالا را در یک محفظه بسته قرار می دهید، دمای اجزای اصلی تولید کننده گرما اغلب به مقادیر بسیار بالاتری افزایش می یابد. البته، دریچه‌ها به تخلیه جریان هوا و به پایین نگه داشتن دما کمک می‌کنند، اما چنین رویکردی فقط به اندازه تکنیک‌های اتلاف گرما که روی خود PCB اجرا می‌شود مؤثر است. برای طراحی های با قدرت بسیار بالا که نمی توانند فن را در خود جای دهند، طراحی خلاقانه محفظه , محرک اصلی مدیریت گرما خواهد بود.
یک هیت سینک SMD یک راه عالی برای دفع مناسب گرما در قطعات با قدرت بالا است. از آنجایی که هیت سینک های SMD در اندازه ها و اشکال مختلف هستند، باید مطمئن شوید که فوت پرینت مناسب و مدل مکانیکی ایجاد شده و بهترین نرم افزار طراحی PCB را برای استفاده از آن در اختیار دارید.

بیشتر بخوانید:چگونه می توانیم یک طراح pcb خوب باشیم؟؟