Apakah prinsip reka bentuk terma diod dalam PCB peranti perubatan?

1, Pemilihan bahan: Mengimbangi rintangan haba yang rendah dan kekonduksian haba yang tinggi
Peranti perubatan sangat sensitif terhadap suhu, seperti peranti boleh implan yang mesti memenuhi keserasian tisu manusia (standard ISO 10993) dan beroperasi secara stabil dalam persekitaran suhu 37 darjah untuk masa yang lama. Pemilihan bahan pembungkusan diod harus mengambil kira kedua-dua rintangan haba dan prestasi elektrik:

Bahan susut voltan hadapan rendah: Diod Schottky (seperti BAT62-02V) diutamakan, dengan penurunan voltan hadapan (Vf) serendah 0.25V@10mA Berbanding dengan diod silikon tradisional (0.6V~0.7V), ia mengurangkan penggunaan kuasa lebih daripada 60%. Dalam modul penghantaran wayarles peranti CGM, Vf rendah boleh mengurangkan kehilangan pengaliran litar hujung hadapan RF dan memanjangkan julat cas tunggal.
Pembungkusan kekonduksian haba yang tinggi: Untuk diod-kuasa tinggi (seperti diod IGBT yang dibungkus dalam TO-247), substrat logam (seperti substrat aluminium) atau teknologi blok kuprum harus digunakan. Kekonduksian terma substrat aluminium mencapai 2W/m · K, iaitu 6 kali lebih tinggi daripada papan FR-4 (0.3W/m · K), dan dengan cepat boleh mengalirkan suhu simpang diod ke permukaan PCB.
Bahan tahan suhu tinggi: Peralatan perubatan perlu disterilkan pada suhu tinggi (seperti pensterilan stim 121 darjah), dan bahan pembungkusan diod perlu memenuhi keperluan rintangan suhu. Sebagai contoh, diod Schottky gred industri (seperti SS54) boleh menahan julat suhu -55 darjah hingga 150 darjah, mengelakkan keretakan sendi pateri yang disebabkan oleh pekali pengembangan haba yang tidak sepadan semasa pembasmian kuman.
2, Pengoptimuman susun atur: mengurangkan kepekatan sumber haba dan halangan aliran udara
PCB peralatan perubatan biasanya padat di angkasa, dan susun atur diod perlu mengikut prinsip "menyebarkan sumber haba dan mengoptimumkan saluran udara":

Susun atur teragih sumber haba: Diod kuasa tinggi hendaklah diagihkan sama rata pada PCB untuk mengelakkan penempatan tertumpu yang boleh menyebabkan titik panas setempat. Sebagai contoh, dalam modul kuasa peranti diagnostik ultrabunyi mudah alih, diod penerus diedarkan di sepanjang pinggir PCB, menggunakan perolakan semula jadi untuk pelesapan haba, menghasilkan pengurangan 15 darjah dalam suhu simpang berbanding dengan susun atur terpusat.
Pengasingan peranti sensitif suhu: Komponen sensitif suhu seperti kapasitor elektrolitik hendaklah dijauhkan daripada sumber haba diod. Di bawah keadaan udara-yang disejukkan, jarak antara kedua-duanya hendaklah Lebih daripada atau sama dengan 2.5mm; di bawah keadaan penyejukan semula jadi, jaraknya hendaklah Lebih daripada atau sama dengan 4.0mm. Jika ruang terhad, sinaran haba boleh diasingkan oleh plat pelindung haba (seperti plat kuprum setebal 0.5mm).
Reka bentuk panduan aliran udara: Untuk peralatan penyejukan udara paksa (seperti monitor yang digunakan dalam bilik operasi), diod hendaklah diletakkan di hilir salur masuk udara atau hulu salur keluar udara untuk memastikan aliran udara secara langsung meliputi sumber haba. Contohnya, meletakkan diod penerus terus di belakang kipas penyejuk boleh meningkatkan kelajuan angin permukaan sebanyak 30% dan mengurangkan rintangan haba sebanyak 20%.
3, Peningkatan pelesapan haba: pembinaan laluan pengaliran haba berbilang{1}}aras
PCB peralatan perubatan memerlukan tiga-sistem pelesapan haba "Sistem Haba PCB Peranti" untuk mencapai pengurusan haba yang cekap:

Pelesapan haba tahap peranti:
Reka bentuk pad pelesapan haba: Diod berpakej TO-247 memerlukan kawasan besar pad pelesapan haba (menyambungkan pin tengah) untuk direka bentuk pada bahagian hadapan PCB, dan kawasan kerajang tembaga pelesapan haba yang lebih besar (seperti 10mm × 10mm) untuk direka bentuk di bahagian belakang. Kerajang kuprum hadapan dan belakang hendaklah disambungkan melalui vias pengalir haba yang padat (seperti tatasusunan 10 × 10 dengan diameter 0.3mm). Vias konduktif terma perlu diisi dengan bahan konduktif (seperti pes perak) dan ditutup dengan topeng pateri untuk mengurangkan rintangan haba sentuhan.
Sinki haba luaran: Pasang sink haba bersirip (seperti sink haba aluminium 60mm × 60mm) pada pad pelesapan haba di bahagian belakang PCB, dan isikan celah permukaan sentuhan dengan gris silikon konduktif terma (konduksi terma 5W/m · K) untuk memastikan suhu simpang dikurangkan lebih daripada 30 darjah berbanding apabila tiada sink haba.
Pelesapan haba tahap PCB:
Kerajang kuprum tebal dan papan berbilang lapisan: Gunakan PCB dengan ketebalan kuprum Lebih daripada atau sama dengan 2oz (70 μ m), malah gunakan ketebalan kuprum 3oz atau substrat logam. Untuk senario kuasa yang sangat tinggi, blok kuprum (seperti blok kuprum setebal 5mm) boleh dibenamkan di dalam PCB untuk menghubungi terus pad pelesapan haba diod, mencapai pengaliran haba titik-ke-yang cekap.
Pelesapan haba melalui lubang dan lubang buta: Reka bentuk pelesapan haba melalui lubang (Melalui dalam Pad, VIPPO) di sekeliling diod, isikannya dengan resin atau bahan konduktif, dan tutupnya dengan topeng pateri untuk meningkatkan kawasan pelesapan haba. Sebagai contoh, menyediakan melalui lubang pada pad peranti LCCC boleh meningkatkan kekonduksian terma sebanyak 50%.
Pelesapan haba tahap sistem:
Pengoptimuman perolakan semula jadi: Apabila menggunakan perolakan semula jadi untuk pemindahan haba, arah panjang sirip pelesapan haba hendaklah berserenjang dengan tanah, menggunakan kesan peningkatan udara panas untuk meningkatkan pelesapan haba. Sebagai contoh, memasang sirip sink haba diod secara menegak boleh mengurangkan rintangan haba sebanyak 15% berbanding pemasangan mendatar.
Sinergi penyejukan udara paksa: Apabila menggunakan udara paksa untuk menghilangkan haba, arah sirip radiator harus konsisten dengan arah aliran udara untuk mengelakkan pengalihan aliran udara radiator hulu. Sebagai contoh, ke arah peredaran udara, menggunakan susunan radiator berperingkat atau sirip berperingkat boleh meningkatkan kelajuan angin permukaan radiator hiliran sebanyak 20%.
4, Pengesahan kebolehpercayaan: kawalan proses penuh daripada simulasi kepada ujian sebenar
Peralatan perubatan perlu lulus ujian alam sekitar yang ketat (seperti piawaian IEC 60601-1), dan reka bentuk terma diod perlu disahkan melalui simulasi dan ujian sebenar:

Analisis simulasi terma: Gunakan perisian seperti ANSYS Icepak atau Flotherm untuk mewujudkan model terma tiga-dimensi PCB, mensimulasikan suhu simpang diod, taburan suhu PCB dan medan aliran udara. Contohnya, dengan mensimulasikan dan mengoptimumkan susun atur PCB peranti yang diimplan, suhu simpang diod boleh dikurangkan daripada 125 darjah kepada 105 darjah , memenuhi keperluan keselamatan-implan jangka panjang.
Pengesahan pengukuran kenaikan suhu: Dalam ujian berbasikal suhu dan kelembapan (seperti -40 darjah ~85 darjah , 1000 kitaran), gunakan pengimejan terma inframerah untuk memantau suhu permukaan diod, memastikan kenaikan suhu adalah Kurang daripada atau sama dengan 10 darjah (nilai biasa). Sebagai contoh, peranti CGM telah diuji dalam persekitaran suhu tinggi dan kelembapan tinggi, dan sisihan suhu permukaan diod daripada hasil simulasi adalah Kurang daripada atau sama dengan 2 darjah, yang mengesahkan ketepatan reka bentuk terma.
Ujian pecutan kebolehpercayaan jangka panjang: Nilaikan kebolehpercayaan sambungan pateri diod melalui-penuaan suhu tinggi (seperti 125 darjah , 1000 jam) dan ujian getaran (seperti 10-2000Hz, getaran 5g). Sebagai contoh, ujian getaran telah dijalankan pada diod berbungkus BGA yang diisi dengan pelekat Underfill, dan sambungan pateri tidak menunjukkan keretakan, memenuhi keperluan hayat perkhidmatan 10 tahun peralatan perubatan.