Ki prensip konsepsyon tèmik dyod yo nan PCB aparèy medikal?

1, seleksyon materyèl: Balanse ba rezistans tèmik ak segondè konduktiviti tèmik
Aparèy medikal yo trè sansib a tanperati, tankou aparèy implantable ki dwe satisfè konpatibilite tisi imen (ISO 10993 estanda) epi opere estab nan yon anviwònman tanperati a 37 degre pou yon tan long. Seleksyon materyèl anbalaj dyod yo ta dwe pran an kont tou de rezistans tèmik ak pèfòmans elektrik:

Ba materyèl gout vòltaj pi devan: dyod Schottky (tankou BAT62 - 02V) yo pi pito, ak yon gout vòltaj pi devan (Vf) osi ba ke 0.25V@10mA Konpare ak dyod Silisyòm tradisyonèl (0.6V ~ 0.7V), li diminye konsomasyon pouvwa pa plis pase 60%. Nan modil transmisyon san fil nan aparèy CGM, Vf ba ka diminye pèt kondiksyon nan kous la devan RF epi pwolonje seri chaj sèl la.
Anbalaj konduktiviti tèmik segondè: Pou gwo -dyodes pouvwa (tankou dyod IGBT pake nan TO-247), yo ta dwe itilize substrats metal (tankou substrats aliminyòm) oswa teknoloji blòk kwiv. Konduktivite tèmik nan substra aliminyòm lan rive nan 2W/m · K, ki se 6 fwa pi wo pase sa yo ki nan tablo FR-4 (0.3W / m · K), epi li ka byen vit mennen tanperati a junction nan dyod la nan sifas PCB la.
Materyèl ki reziste tanperati ki wo: Ekipman medikal bezwen esterilize nan tanperati ki wo (tankou esterilizasyon vapè 121 degre), ak materyèl anbalaj dyod bezwen satisfè kondisyon rezistans tanperati. Pou egzanp, dyòd Schottky klas endistriyèl (tankou SS54) ka kenbe tèt ak yon seri tanperati nan -55 degre a 150 degre, evite fann jwenti soude ki te koze pa koyefisyan ekspansyon tèmik ki pa matche pandan dezenfeksyon.
2, Layout optimize: diminye konsantrasyon sous chalè ak obstak lè koule
PCB ekipman medikal yo anjeneral kontra enfòmèl ant nan espas, ak layout dyòd la bezwen swiv prensip la nan "dispèse sous chalè ak optimize kanal lè":

Layout distribiye sous chalè: Dyòd gwo pouvwa yo ta dwe distribye respire sou PCB a pou evite plasman konsantre ki ka lakòz otspo lokal yo. Pou egzanp, nan modil pouvwa a nan yon aparèy dyagnostik ultrason pòtab, dyod redresman yo distribye sou kwen PCB la, itilize konveksyon natirèl pou dissipation chalè, sa ki lakòz yon rediksyon 15 degre nan tanperati junction konpare ak yon layout santralize.
Izolasyon aparèy tanperati sansib: Konpozan tanperati sansib tankou kondansateur elektwolitik yo ta dwe kenbe lwen sous chalè dyod. Anba kondisyon lè-refwadi, distans ki genyen ant de yo ta dwe pi gran pase oswa egal a 2.5mm; anba kondisyon natirèl refwadisman, distans la ta dwe pi gran pase oswa egal a 4.0mm. Si espas limite, radyasyon tèmik ka izole pa yon plak plak pwotèj chalè (tankou yon plak kwiv 0.5mm epè).
Konsepsyon gid Airflow: Pou ekipman refwadisman lè fòse (tankou monitè yo itilize nan sal operasyon), dyod yo ta dwe mete en nan inlet lè a oswa en nan priz lè a pou asire ke koule lè a kouvri dirèkteman sous chalè a. Pou egzanp, mete dyod redresman dirèkteman dèyè fanatik la refwadisman ka ogmante vitès van sifas pa 30% epi redwi rezistans tèmik pa 20%.
3, amelyorasyon chalè dissipation: konstriksyon chemen kondiksyon chalè milti-nivo
PCB ekipman medikal yo mande pou yon sistèm dissipation chalè twa -nivo "Device PCB Heat Sink" pou reyalize jesyon tèmik efikas:

Dissipasyon chalè nivo aparèy:
Konsepsyon kousinen dissipation chalè: TO-247 dyod pake mande pou yon gwo zòn nan kousinen dissipation chalè (konekte broch mitan yo) yo dwe fèt sou devan PCB a, ak yon zòn ki pi gwo nan papye kwiv dissipation chalè (tankou 10mm × 10mm) yo dwe fèt sou do a. Foil kwiv devan ak dèyè yo ta dwe konekte atravè vias kondiktif tèmik dans (tankou yon etalaj 10 × 10 ak yon dyamèt 0.3mm). Tèmik vias kondiktif bezwen ranpli ak materyèl kondiktif (tankou keratin ajan) epi kouvri ak mask soude pou diminye kontak rezistans tèmik.
Ekstèn chalè koule: Enstale yon koule chalè finned (tankou yon koule chalè aliminyòm 60mm × 60mm) sou pad la dissipation chalè sou do a nan PCB a, epi ranpli espas sa a sifas kontak ak grès silikon tèmik konduktif (tèmik konduktiviti 5W / m · K) asire ke tanperati a junction redwi pa plis pase 30 degre konpare ak koule chalè.
Nivo PCB dissipation chalè:
Foil kwiv epè ak tablo multikouch: Sèvi ak PCB ak pi gwo pase oswa egal a 2oz (70 μ m) epesè kòb kwiv mete, e menm sèvi ak 3oz epesè kwiv oswa substra metal. Pou senaryo pouvwa ekstrèmman wo, blòk kòb kwiv mete (tankou blòk kwiv 5mm epè) ka entegre andedan PCB a dirèkteman kontakte kousinen dissipation chalè dyod yo, reyalize pwen efikas -a-kondiksyon chalè pwen.
Dissipation chalè nan twou ak twou avèg: Konsepsyon chalè dissipation nan twou (Via in Pad, VIPPO) alantou dyod la, ranpli yo ak résine oswa materyèl kondiktif, epi kouvri yo ak mask soude pou ogmante zòn nan dissipation chalè. Pou egzanp, mete kanpe atravè twou sou kousinen aparèy LCCC ka ogmante konduktiviti tèmik pa 50%.
Dissipasyon chalè nan nivo sistèm:
Optimizasyon konveksyon natirèl: Lè w ap itilize konveksyon natirèl pou transfè chalè, direksyon longè najwar dissipation chalè yo ta dwe pèpandikilè ak tè a, lè l sèvi avèk efè lè cho pou amelyore dissipation chalè. Pou egzanp, enstale najwar yo nan koule chalè a dyòd vètikal ka diminye rezistans tèmik pa 15% konpare ak enstalasyon orizontal.
Fòse lè refwadisman sinèrji: Lè w ap itilize fòse lè pou gaye chalè, direksyon najwar radyatè yo ta dwe konsistan avèk direksyon airflow pou evite en radyatè devlòpman airflow. Pou egzanp, nan yon direksyon ki nan sikilasyon lè a, lè l sèvi avèk aranjman dekole nan radyatè oswa najwar dekole ka ogmante vitès van an sifas nan radyatè en pa 20%.
4, Verifikasyon fyab: kontwòl konplè pwosesis soti nan simulation nan tès aktyèl la
Ekipman medikal bezwen pase tès anviwònman strik (tankou estanda IEC 60601-1), ak konsepsyon tèmik dyod bezwen verifye atravè simulation ak tès aktyèl:

Analiz simulation tèmik: Sèvi ak lojisyèl tankou ANSYS Icepak oswa Flotherm pou etabli yon modèl tèmik ki genyen twa -dimansyon nan PCB la, simulation tanperati junction dyod la, distribisyon tanperati PCB, ak jaden koule lè. Pou egzanp, lè w simulation ak optimize layout PCB nan yon aparèy implanté, tanperati a jonksyon dyod ka redwi soti nan 125 degre a 105 degre, satisfè kondisyon yo ki long -sekirite implant.
Verifikasyon mezi ogmantasyon tanperati: Nan tès tanperati ak imidite monte bisiklèt (tankou -40 degre ~ 85 degre, 1000 sik), sèvi ak yon enfrawouj tèmik imager pou kontwole tanperati sifas dyod la, asire ke ogmantasyon tanperati a se mwens pase oswa egal a 10 degre (valè tipik). Pou egzanp, yo te teste yon aparèy CGM nan yon anviwònman tanperati ki wo ak imidite ki wo, ak devyasyon nan tanperati sifas dyod la soti nan rezilta simulation yo te mwens pase oswa egal a 2 degre, ki verifye presizyon nan konsepsyon tèmik la.
Tès akselerasyon fyab alontèm: Evalye fyab nan jwenti soude dyod yo atravè gwo -tanperati aje (tankou 125 degre, 1000 èdtan) ak tès Vibration (tankou 10-2000Hz, 5g Vibration). Pou egzanp, tès Vibration yo te fèt sou BGA pake dyod ki te ranpli avèk adezif Underfill, ak jwenti yo soude pa te montre pa gen okenn fann, satisfè egzijans lavi sèvis 10 ane nan ekipman medikal.