Thiết kế PCB ngày nay không hề dễ dàng. Nó đòi hỏi sự hiểu biết đầy đủ về những điều cơ bản của thiết kế PCB, thành thạo các công cụ CAD, khả năng làm việc hiệu quả trong môi trường nhóm và hiểu biết thấu đáo về toàn bộ quy trình thiết kế. Thêm vào đó, sự phức tạp của sản xuất (chế tạo và lắp ráp), yêu cầu không đầy đủ rõ ràng của khách hàng, thời gian dành cho dự án ngắn, nguồn lực hạn chế và ngân sách giảm lại càng làm cho quá trình thiết kế PCB trở lên khó khăn hơn.
Để giúp bạn giải quyết 1 phần những khó khăn đó, Vietbay giới thiệu các phương pháp hay nhất khi phân tích nhiệt.
Phân tích Nhiệt trong thiết kế PCB là gì?
Phân tích Nhiệt sẽ kiểm tra/xác minh tất cả các điểm nóng trong thiết kế giúp giảm thiểu và tối ưu hóa để đảm bảo khả năng tốt nhất cho PCB hoạt động như dự định trước khi chế tạo.
Tình trạng của thiết kế PCB ngày nay?
Các thiết kế PCB phức tạp ngày nay gặp nhiều thách thức hơn bao giờ hết do tốc độ tín hiệu nhanh. Chúng ta đang thấy ngày càng nhiều thiết kế PCB có tốc độ tín hiệu tính bằng gigahertz, đặc biệt là trong các thiết kế tốc độ cao, nơi chúng ta đang xử lý tốc độ biên của tốc độ chuyển đổi tín hiệu nhanh nhất từ trước đến nay. Như thể điều đó vẫn chưa đủ để giải quyết, giờ đây chúng ta có các gói linh kiện vật lý đã được thu nhỏ hơn bao giờ hết và vẫn tiếp tục như vậy, đồng thời chúng ta đang chứng kiến việc sử dụng ngày càng nhiều vật liệu PCB ngoại lai nhằm giảm thiểu các vấn đề về nhiệt liên quan đến hiệu suất nhiệt của PCB/PCBA.
Ít nhất phải nói rằng quản lý nhiệt trong thiết kế PCB là một việc vô cùng cần thiết. Các ứng dụng viễn thông và hàng không công suất cao là những lĩnh vực chính trong ngành thường thấy những thách thức về quản lý nhiệt. Ngoài ra, giờ đây, lĩnh vực ô tô, điện tử tiêu dùng, y tế,… cũng đang gặp phải.
Giải quyết các đặc tính nhiệt sẽ tăng cường giảm thiểu việc loại bỏ nhiệt khỏi vật dụng được tạo ra, không chỉ từ hộp mà còn từ PCB/PCBA. Vật liệu PCB, luồng khí và tản nhiệt đều phát huy tác dụng.
Thách thức trong việc Phân tích Nhiệt trong thiết kế PCB?
Thách thức điển hình cản trở việc thực hiện phân tích nhiệt có liên quan nhiều hơn đến áp lực của dự án. Việc đẩy nhanh tiến độ dự án và giảm ngân sách thường khiến bạn quyết định bỏ qua các phân tích cần thiết như SI, PI hoặc nhiệt độ. Và điều này là rất rủi ro
Một thách thức điển hình khác là thiếu chuyên gia hoặc không có quyền truy cập vào các công cụ kỹ thuật trong ngành như FloTherm và Hyperlynx (Đây là một số ví dụ điển hình về các công cụ cải thiện khả năng quản lý nhiệt điện tử để có độ tin cậy với mô phỏng CFD làm mát điện tử nhanh, chính xác từ quá trình khám phá tiền CAD ban đầu cho đến xác minh cuối cùng).
Các phương pháp tốt nhất trong Phân tích Nhiệt.
Có 3 phương pháp chính và tốt nhất khi nói đến phân tích nhiệt.
-
Sự hợp tác và tích hợp chặt chẽ trong môi trường đa lĩnh vực giữa các ngành cơ khí và kỹ thuật điện (MCAD và ECAD)
Sau khi các thuộc tính cơ học được khóa vào, lớp vỏ vật lý mà PCBA sẽ nằm trong đó, được thiết lập và chuyển giao cho ECAD. Đây là nơi bắt đầu sự hợp tác hai chiều giữa MCAD và ECAD.
Có một số phương pháp trao đổi dữ liệu, nhưng định dạng IDX để trao đổi dữ liệu là phương pháp tốt nhất hiện nay. Ở định dạng này, thông tin vật lý của các quy tắc được truyền qua lại bao gồm các tính năng như đường viền bảng, độ dày bảng, vùng cấm, giới hạn chiều cao/trần của bộ phận, lỗ dụng cụ, lỗ gắn, khe, vị trí tản nhiệt và bất kỳ yêu cầu vị trí thành phần quan trọng nào, v.v.
-
Vị trí thành phần là rất quan trọng.
Một vị trí thành phần tốt giải quyết cả các yêu cầu về vật lý và điện của thiết kế. Từ việc giải quyết nhu cầu kéo nhiệt ra khỏi các thành phần quan trọng đến việc có luồng định tuyến được tối ưu hóa và sử dụng các đường dẫn nhiệt một cách có chiến lược trong thiết kế là chìa khóa thành công! Ngay cả khi triển khai các phương pháp hay nhất cho đến thời điểm này là chưa đủ đối với các PCBA phức tạp ngày nay. Đây là lúc phân tích hiệu suất của PCB phát huy tác dụng.
-
Điều quan trọng là phải tiến hành phân tích kỹ lưỡng tại vị trí đặt các bộ phận và sau đó phân tích lại khi hoàn thành thiết kế PCB.
Có một số công cụ trong ngành được thiết kế đặc biệt để thực hiện phân tích này.
Một phân tích nhiệt tốt sẽ kiểm tra/xác minh rằng tất cả các điểm nóng trong thiết kế đều được giảm thiểu và tối ưu hóa để đảm bảo khả năng tốt nhất cho PCB hoạt động như dự định. Các vấn đề về nhiệt được giải quyết sớm trong quy trình, thì các điều chỉnh sẽ dễ được chấp nhận hơn so với việc xử lý chúng ở giai đoạn cuối của quy trình.
Điều quan trọng là phân tích nhiệt này được thực hiện!
Cách thức hoạt động: phân tích nhiệt
Việc khám phá các đặc tính nhiệt của một thiết kế có thể được thực hiện ngay khi tạo hình học 3D của bo mạch, không nhất thiết là khi thiết kế hoàn tất. Thông tin liên quan đến nhiệt, chẳng hạn như tốc độ quạt (nếu hệ thống có quạt và tản nhiệt) đều được xem xét. Chạy mô phỏng bảng trong khung của sản phẩm đảm bảo rằng người dùng nhận được kết quả thực tế nhất từ quá trình chạy mô phỏng.
Một số loại dữ liệu khác nhau có thể được trích xuất từ việc phân tích nguyên mẫu kỹ thuật số. Ví dụ: có thể ghi lại sự phân bố nhiệt độ của các thành phần điện và cơ khí, tốc độ không khí trong thiết kế và thậm chí cả dữ liệu về sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian, giúp dễ dàng tối ưu hóa hiệu suất nhiệt của sản phẩm cuối cùng.
Để tìm hiểu thêm về phân tích nhiệt, hãy xem video này:
https://www.youtube.com/watch?v=d78BGEE9iJ0&list=PL1m1vu8_quoAVfb9b5vvMmuhqoDsmLfw4&t=2s
Tìm hiểu thêm:
Top 6 cách sử dụng 3D layout giúp tối ưu hóa Thiết kế hệ thống PCB
Thiết kế PCB – Giải pháp toàn diện cho thiết kế và sản xuất bo mạch điện tử
Để biết thêm thông tin chi tiết, vui lòng liên hệ:
