도와주세요, 내 PCB 케이스가 오븐이 되었어요!

일부 PCB 인클로저는 열 관리에 정말 나쁩니다. 모든 보드가 과도한 열을 발생시켜 인클로저를 사우나로 만드는 것은 아닙니다. 하지만 그런 일이 발생하면, 인클로저는 열이 방출될 수 있는 메커니즘을 갖추어야 합니다. 그렇지 않으면 구성 요소가 너무 뜨거워집니다. 핫 컴포넌트에서 더 시원한 인클로저 표면으로의 열 그라데이션은 항상 있겠지만, 열이 탈출할 수 있는 어떤 메커니즘이 있을 때만 그 그라데이션이 유지됩니다.

그러므로 구성 요소를 위한 오븐이 되지 않도록 PCB 인클로저를 설계하고 싶다면, 다음과 같은 전략들이 도움이 될 것입니다. 인클로저와 PCB 모두에서 열을 제거하고 바깥 세상으로 바람직한 열 그라데이션을 유지할 수 있는 일들이 있습니다.

인클로저를 오븐으로 만드는 것은 무엇인가?

많은 보드가 상당히 뜨거워질 수 있으며, 특히 몇몇 구성 요소는 대부분의 열을 발생시키는 경우가 많습니다. 이들은 대개 큰 프로세서, 큰 전류를 소싱하는 큰 FET, 또는 고전류 스위칭 레귤레이터입니다.

물론, 이러한 구성 요소는 회로 보드 주변의 공기를 뜨겁게 할 것입니다. 인클로저가 없다면, 자연 대류가 시스템을 다소 식히는 데 도움이 될 것입니다. 하지만 보드 주변에 인클로저를 설치하면, 정체된 뜨거운 공기가 인클로저를 오븐으로 만듭니다. 인클로저와 직접 접촉하지 않더라도, 인클로저가 너무 뜨거워져 맨손으로 만질 수 없을 정도가 될 수 있습니다. 이것은 누군가가 당신의 제품을 들거나 상호 작용할 경우 분명히 매우 나쁩니다.

정체된 뜨거운 공기가 인클로저에서 오븐 효과를 만들었다는 것을 언제 알 수 있을까요? 고려해야 할 두 가지 다른 요소가 있습니다:

접촉 온도. 사람의 손으로 만지기에 너무 뜨거운 온도는 항상 주변 환경과의 차이입니다. 실내 온도 환경에서 제품은 대략 45°C에서 너무 뜨거워져 만질 수 없게 됩니다. 그래서 이것은 무언가가 너무 뜨거워져 만질 수 없게 되기 전에 단지 25°C의 매우 낮은 차이를 줍니다.

내부 대 외부 온도. 인클로저 내부에서 오븐 효과가 작동할 때, 인클로저 내부의 온도는 접촉 온도보다 훨씬 더 뜨거울 경향이 있습니다. 심지어 시트메탈 인클로저의 제품에서도 접촉 온도와 내부 온도 사이의 차이는 20에서 25°C가 될 수 있습니다. 단열 인클로저의 경우, 그 차이는 훨씬 더 클 수 있습니다.

이러한 온도를 줄이기 위한 몇 가지 아이디어

뜨거운 인클로저와 더 뜨거운 내부 온도의 문제는 뜨거운 구성 요소로부터 열을 이동시킬 수 없다는 데에서 시작됩니다. 구성 요소는 공기를 데우는 대신 열량이 높은 다른 것(예: 히트싱크)을 데우게 됩니다. PCB에 구리를 더 추가하는 것은 열을 조금 퍼뜨리는 데 도움이 될 수 있지만, 오븐 효과를 막지는 못합니다. 문제는 구성 요소가 보드 주변의 공기를 데우기 시작할 때 발생하기 때문입니다.

이 문제를 줄이기 위한 몇 가지 아이디어는 보드 디자인과 인클로저 디자인 양쪽에서 시작됩니다.

• 자연 대류를 위한 그릴 또는 공기구멍
• 강제 냉각을 위한 인클로저 장착 팬
• 인클로저에 접착된 보드 위의 큰 히트싱크
• 인클로저 표면에 히트싱크 핀 구축
• 외부 인클로저 표면을 통한 외부 공기 흐름

이러한 모든 옵션은 인클로저에서 열을 끌어내고, 인클로저 내부의 뜨거운 공기를 제거하거나, 둘 다를 목적으로 합니다. 제품에서 오븐 효과가 발생하고 있다면, 보통 여러 아이디어를 구현하여 장치를 식혀야 합니다.

튼튼한 전자 제품의 몇 가지 예를 살펴보면, 찾고 있는 것을 알고 있다면 인클로저에 이러한 기능 중 일부를 볼 수 있습니다.

예를 들어, 아래에 표시된 튼튼한 MIL-PRF 내장형 컴퓨터를 살펴보세요. 이 시스템들은 핀 세트를 통해 인클로저에 직접 히트싱크를 통합합니다. 또한 가장 중요한 구성 요소 주변의 공기를 끌어당기는 고 CFM 팬을 포함할 수도 있습니다. 이러한 조치들은 시스템을 안전한 작동 온도 한계 내로 유지할 뿐만 아니라 인간이 만지기에도 안전하게 도와줍니다.

이러한 기능을 인클로저에 구현하려면, 작업을 완료하기 위해 다른 엔지니어링 분야로 설계 데이터를 신속하게 전달해야 합니다. 이는 다음이 필요함을 의미합니다:

• 기계적 인클로저 디자이너를 위한 MCAD로의 직접 링크
• Ansys와 같은 열 시뮬레이션 시스템으로의 직접 링크
• PCB에서 핫스팟을 식별하기 위한 전력 흐름 시뮬레이션 능력

Altium Designer®는 이제 Altium 365™ 플랫폼을 통해 전기적 및 열 성능에 대한 보드를 종합적으로 평가할 수 있는 기능을 제공하고 있습니다. MCAD 사용자는 PCB에 접근하여 뜨거운 구성 요소 주변에 히트싱크와 인클로저를 디자인할 수 있습니다. 그 후, 전체 시스템은 디자인을 열 솔버 애플리케이션에 공유함으로써 시뮬레이션될 수 있습니다. 전면에서는 전력 분석기가 전력 회로에서 큰 전류로 인해 발생할 수 있는 보드 핫스팟을 분석하는 데 도움이 됩니다.

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