Tibbiy asboblar PCBlarida diodlarning termal dizayn tamoyillari qanday?

1, Materialni tanlash: past issiqlik qarshiligini va yuqori issiqlik o'tkazuvchanligini muvozanatlash
Tibbiy asboblar haroratga juda sezgir, masalan, implantatsiya qilinadigan qurilmalar inson to'qimalarining muvofiqligiga (ISO 10993 standarti) javob berishi va uzoq vaqt davomida 37 daraja haroratli muhitda barqaror ishlashi kerak. Diyotli qadoqlash materiallarini tanlashda issiqlik qarshiligini ham, elektr ko'rsatkichlarini ham hisobga olish kerak:

To'g'ridan-to'g'ri kuchlanishni pasaytirish materiali: Schottky diodlari (masalan, BAT62-02V) afzallik beriladi, to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayishi (Vf) 0,25V@10mA ga teng, an'anaviy silikon diodlar (0,6V ~ 0,7V) bilan solishtirganda, u quvvat sarfini 60% dan ko'proq kamaytiradi. CGM qurilmalarining simsiz uzatish modulida past Vf RF oldingi pallasida o'tkazuvchanlik yo'qotilishini kamaytirishi va bitta zaryad oralig'ini kengaytirishi mumkin.
Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bo'lgan qadoqlash: Yuqori quvvatli diodlar uchun (masalan, TO-247 da qadoqlangan IGBT diodlari) metall tagliklar (masalan, alyuminiy substratlar) yoki mis blok texnologiyasidan foydalanish kerak. Alyuminiy substratning issiqlik o'tkazuvchanligi 2W / m · K ga etadi, bu FR-4 taxtasidan (0,3 Vt / m · K) 6 baravar yuqori va diodning ulanish haroratini tenglikni yuzasiga tezda o'tkazishi mumkin.
Yuqori haroratga chidamli materiallar: Tibbiy asbob-uskunalar yuqori haroratlarda sterilizatsiya qilinishi kerak (masalan, 121 daraja bug 'sterilizatsiyasi) va diodli qadoqlash materiallari haroratga chidamlilik talablariga javob berishi kerak. Masalan, sanoat toifasidagi Schottky diodlari (masalan, SS54) -55 darajadan 150 darajagacha bo'lgan harorat oralig'iga bardosh bera oladi, dezinfeksiya paytida issiqlik kengayish koeffitsientlarining mos kelmasligi natijasida lehim qo'shma yorilishiga yo'l qo'ymaydi.
2, tartibni optimallashtirish: issiqlik manbai konsentratsiyasini va havo oqimining to'siqlarini kamaytirish
Tibbiy asbob-uskunalar PCBlari odatda kosmosda ixcham bo'lib, diodlarning joylashuvi "issiqlik manbalarini tarqatish va havo kanallarini optimallashtirish" tamoyiliga amal qilishi kerak:

Issiqlik manbasining taqsimlangan sxemasi: Yuqori quvvatli diodlar mahalliy faol nuqtalarga olib kelishi mumkin bo'lgan konsentrlangan joylashuvni oldini olish uchun tenglikni teng taqsimlash kerak. Misol uchun, portativ ultratovush diagnostikasi qurilmasining quvvat modulida rektifikator diodlar tenglikni chekkasi bo'ylab taqsimlanadi, issiqlik tarqalishi uchun tabiiy konveksiyadan foydalanadi, buning natijasida markazlashtirilgan sxemaga nisbatan birlashma harorati 15 darajaga kamayadi.
Haroratga sezgir qurilma izolyatsiyasi: elektrolitik kondansatkichlar kabi haroratga sezgir komponentlar diodli issiqlik manbalaridan uzoqda bo'lishi kerak. Havo sovutilganda{1}}ikkovi orasidagi masofa 2,5 mm dan katta yoki unga teng bo'lishi kerak; tabiiy sovutish sharoitida masofa 4,0 mm dan katta yoki teng bo'lishi kerak. Agar bo'sh joy cheklangan bo'lsa, termal nurlanishni issiqlikdan himoya qiluvchi plastinka (masalan, 0,5 mm qalinlikdagi mis plastinka) bilan izolyatsiya qilish mumkin.
Havo oqimi bo'yicha yo'riqnoma dizayni: Majburiy havo sovutish uskunalari uchun (masalan, operatsiya xonalarida ishlatiladigan monitorlar) havo oqimi issiqlik manbasini to'g'ridan-to'g'ri qoplashini ta'minlash uchun diodlar havo kirishining quyi oqimiga yoki havo chiqishining yuqori qismiga joylashtirilishi kerak. Misol uchun, to'g'rilash diodlarini to'g'ridan-to'g'ri sovutish foniy orqasida joylashtirish sirt shamol tezligini 30% ga oshirishi va termal qarshilikni 20% ga kamaytirishi mumkin.
3, issiqlik tarqalishini yaxshilash: ko'p darajali-issiqlik o'tkazuvchanlik yo'llarini qurish
Tibbiy asbob-uskunalar PCBlari samarali termal boshqaruvga erishish uchun “Device PCB Heat Raink”ning uch darajali issiqlik tarqalish tizimini talab qiladi:

Qurilma darajasidagi issiqlik tarqalishi:
Issiqlik tarqalish prokladkalarining dizayni: TO-247 paketli diodlari tenglikni old tomonida loyihalash uchun issiqlik tarqalish yostiqchalarining katta maydonini (o'rta pinlarni ulash) va orqa tomonda kattaroq issiqlik tarqaladigan mis folga maydonini (masalan, 10 mm × 10 mm) loyihalashni talab qiladi. Old va orqa mis plyonkalar zich termal o'tkazgichlar (masalan, diametri 0,3 mm bo'lgan 10 × 10 massiv) orqali ulanishi kerak. Issiqlik o'tkazuvchi viteslarni o'tkazuvchan materiallar (masalan, kumush pasta) bilan to'ldirish va kontaktning issiqlik qarshiligini kamaytirish uchun lehim niqobi bilan qoplash kerak.
Tashqi issiqlik qabul qiluvchi: PCB orqasidagi issiqlik tarqalish yostig'iga qanotli issiqlik qabul qilgichni (masalan, 60 mm × 60 mm alyuminiy issiqlik qabul qilgich) o'rnating va aloqa yuzasi bo'shlig'ini issiqlik o'tkazuvchan silikon moy (issiqlik o'tkazuvchanligi 5 Vt/m · K) bilan to'ldiring, u erdagi issiqlik qabul qiluvchining harorati 30 darajadan ko'proqqa kamaymasligiga ishonch hosil qiling.
PCB darajasidagi issiqlik tarqalishi:
Qalin mis folga va ko'p qatlamli taxta: mis qalinligi 2 oz (70 m m) dan katta yoki teng bo'lgan PCB dan foydalaning va hatto 3 oz mis qalinligi yoki metall substratdan foydalaning. Juda yuqori quvvatli stsenariylar uchun mis bloklarni (masalan, 5 mm qalinlikdagi mis bloklar) diodli issiqlik tarqalish yostiqchalari bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilish uchun tenglikni ichiga o'rnatish mumkin, bu esa samarali issiqlik o'tkazuvchanligiga erishadi.
Teshiklar va ko'r teshiklar orqali issiqlik tarqalishi: diod atrofidagi teshiklar (Via in Pad, VIPPO) orqali issiqlik tarqalishini loyihalash, ularni qatron yoki o'tkazuvchan materiallar bilan to'ldiring va issiqlik tarqalish maydonini oshirish uchun ularni lehim niqobi bilan yoping. Misol uchun, LCCC qurilma prokladkalaridagi teshiklar orqali o'rnatish issiqlik o'tkazuvchanligini 50% ga oshirishi mumkin.
Tizim darajasidagi issiqlik tarqalishi:
Tabiiy konvektsiyani optimallashtirish: Issiqlik uzatish uchun tabiiy konvektsiyadan foydalanilganda, issiqlik tarqalishini kuchaytirish uchun issiq havoning ko'tarilgan ta'siridan foydalanib, issiqlik tarqalish qanotlarining uzunligi yo'nalishi erga perpendikulyar bo'lishi kerak. Masalan, diodli issiqlik moslamasining qanotlarini vertikal ravishda o'rnatish gorizontal o'rnatishga nisbatan termal qarshilikni 15% ga kamaytirishi mumkin.
Majburiy havo sovutish sinergiyasi: issiqlikni tarqatish uchun majburiy havodan foydalanganda, radiator qanotlarining yo'nalishi havo oqimining yuqori oqimiga yo'naltirilishiga yo'l qo'ymaslik uchun havo oqimi yo'nalishiga mos kelishi kerak. Misol uchun, havo aylanishi yo'nalishi bo'yicha, radiatorlarning staggered joylashuvi yoki stendli qanotlardan foydalanish quyi oqim radiatorlarining sirt shamol tezligini 20% ga oshirishi mumkin.
4, Ishonchlilikni tekshirish: simulyatsiyadan haqiqiy sinovgacha jarayonni to'liq nazorat qilish
Tibbiy asbob-uskunalar qat'iy ekologik sinovdan o'tishi kerak (masalan, IEC 60601-1 standarti) va diodli issiqlik dizayni simulyatsiya va haqiqiy sinov orqali tekshirilishi kerak:

Termal simulyatsiya tahlili: ANSYS Icepak yoki Flotherm kabi dasturiy ta'minotdan foydalanib, tenglikni uch o'lchovli termal modelini yarating, diodli ulanish haroratini, PCB harorati taqsimotini va havo oqimi maydonini simulyatsiya qiling. Misol uchun, implantatsiya qilingan qurilmaning PCB sxemasini simulyatsiya qilish va optimallashtirish orqali diodli ulanish harorati uzoq-implant xavfsizligi talablariga javob beradigan 125 darajadan 105 darajaga tushirilishi mumkin.
Harorat ko'tarilishini o'lchashni tekshirish: Harorat va namlik tsikli sinovlarida (masalan, -40 daraja ~ 85 daraja, 1000 tsikl), harorat ko'tarilishi 10 darajadan kam yoki unga teng bo'lishini ta'minlash uchun diodning sirt haroratini kuzatish uchun infraqizil termal tasvirlagichdan foydalaning (odatiy qiymat). Misol uchun, CGM qurilmasi yuqori harorat va yuqori namlik muhitida sinovdan o'tkazildi va diod sirt haroratining simulyatsiya natijalaridan og'ishi 2 darajadan kam yoki teng bo'ldi, bu termal dizaynning to'g'riligini tasdiqladi.
Uzoq muddatli ishonchlilikni tezlashtirish sinovi: Diodli lehim birikmalarining ishonchliligini yuqori haroratda qarish (masalan, 125 daraja, 1000 soat) va tebranish sinovlari (masalan, 10-2000 Gts, 5 g tebranish) orqali baholang. Misol uchun, tebranish sinovi Underfill yopishtiruvchi bilan to'ldirilgan BGA qadoqlangan diodlarda o'tkazildi va lehim bo'g'inlari tibbiy asbob-uskunalarning 10 yillik xizmat muddati talablariga javob beradigan yorilish ko'rsatmadi.