PCB 열전달: 인쇄 회로 기판의 열 관리 이해

인쇄 회로 기판(PCB)은 작동 시 열을 발생시킵니다. 열 손상을 방지하려면 이 에너지를 효과적으로 방출할 수 있는 적절한 열 흐름 기술이 필요합니다.

열전달의 기초

근본적으로 열전달에 대한 논의는 온도와 열 흐름이라는 두 가지 핵심 측면을 다룹니다. 온도는 이용 가능한 열에너지의 정도를 나타내는 반면, 열 흐름은 한 위치에서 다른 위치로 열에너지가 이동하는 것을 의미합니다. 미시적인 차원에서 열에너지는 분자의 운동 에너지와 직접적으로 연관되어 있습니다. 재료의 온도가 높을수록 분자의 열적 교반이 커집니다. 운동 에너지가 높은 영역에서 운동 에너지가 낮은 영역으로 열이 전달되는 것은 자연스러운 현상입니다. 여러 재료의 특성은 온도가 다른 두 영역 간의 열 전달을 효과적으로 조절할 수 있습니다. 이러한 특성에는 열전도도, 재료 밀도, 유체 속도, 유체 점도가 포함됩니다. 이러한 특성들이 합쳐지면 수많은 열전달 문제를 해결하는 것이 매우 복잡해집니다. 열전도도는 재료의 열전도 능력을 결정하기 때문에 열전달에 있어 중요한 특성입니다. 열전도도가 높은 재료는 열전도도가 낮은 재료보다 열을 더 효율적으로 전달할 수 있습니다. 또한, 밀도가 높은 재료는 더 많은 열에너지를 저장할 수 있고 시간에 따른 온도 변화를 조절하는 데 도움이 되므로 재료 밀도 또한 중요한 요소입니다. 유체 속도와 점도도 열 전달에 영향을 미칠 수 있습니다. 속도가 빠르고 점도가 낮은 유체는 속도가 느리고 점도가 높은 유체보다 열을 더 빨리 전달할 수 있습니다.

열전달의 메커니즘

열 전달 메커니즘은 크게 세 가지로 분류할 수 있습니다. 전도: 분자의 직접 충돌을 통해 분자 운동 에너지가 높은 영역에서 낮은 영역으로 열 에너지가 전달되는 것을 말합니다. 금속에서는 전도대 전자가 에너지의 일부를 한 영역에서 다른 영역으로 운반할 수도 있습니다. 대류: 전자 장치에서 열이 발생하면 전도를 통해 인접한 영역으로 전달되고, 그 후 유체로 열이 전달됩니다. 이 과정을 대류라고 하며, 유체는 공기와 같은 기체나 물과 같은 일반적인 액체의 형태를 취할 수 있습니다. 복사: 모든 물질은 열 에너지를 방출하며, 방출되는 에너지의 양은 온도에 따라 결정됩니다. 온도가 균일할 때 물체 사이의 복사선속은 평형을 이루며 열 에너지 교환이 없습니다. 그러나 온도가 변하면 이러한 균형이 변하여 열 에너지는 온도가 높은 영역에서 낮은 영역으로 전달됩니다. 이 세 가지 열 전달 메커니즘을 이해하는 것은 전자 장치 및 기타 시스템의 열 관리를 최적화하는 데 매우 중요합니다. 엔지니어와 과학자는 이러한 메커니즘을 조작하고 제어함으로써 최적의 열 성능을 달성하기 위해 재료와 시스템을 설계하고 최적화할 수 있습니다.

열전달을 위한 PCB 설계 기술

PCB의 열 관리에는 몇 가지 기술을 활용할 수 있습니다. 다음과 같은 옵션이 있습니다.

• 방열판. 이 기술은 전도성이 높은 큰 금속 조각을 사용합니다. 이 조각들은 열을 발생시키는 부품에 부착되어 공기에 더 많은 표면적을 노출시킵니다. 이러한 구성은 열 저항을 낮추고, 냉각 팬을 사용하면 열 흐름을 더욱 향상시킵니다.
• 구리를 주입합니다. 사용하지 않는 공간을 금속으로 채우고 금속을 접지하면 PCB의 모든 부품이 쉽게 접지됩니다.
• 열 비아. 구리 주입구와 함께 자주 사용되는 열 비아는 구리 및 PCB 부품으로 가는 경로를 만듭니다.
• 구리로 채워진 비아. 비아는 열 전달을 개선하기 위해 구리로 채워질 수 있습니다.
• 열전도도가 높은 소재. 알루미늄, 세라믹, 구리 코어와 같은 소재는 PCB의 열전도도를 향상시키는 데 사용됩니다.