Jak materiál s vysokou tepelnou vodivostí PCB vyřeší problém s odvodem tepla

Desky s plošnými spoji, známé také jako desky s plošnými spoji, jsou vrstvené struktury vyrobené z měděných fólií vložených mezi sklo-epoxidové vrstvy. Tyto vrstvy slouží jako mechanická a elektrická podpora pro součástky. Vysoce vodivé měděné fólie slouží jako vodivý obvod v desce plošných spojů, zatímco sklo-epoxidová vrstva slouží jako nevodivý substrát.

Materiál PCB s vysokou tepelnou vodivostí

Tepelná vodivost je schopnost materiálu odvádět teplo ze zařízení. Čím nižší je tepelná vodivost, tím méně je zařízení účinné. Materiály s vysokou tepelnou vodivostí mohou eliminovat potřebu průchodek a zajistit rovnoměrnější rozložení teploty. Tím se také snižuje riziko lokální objemové roztažnosti, která může vést ke vzniku horkých míst v blízkosti silnoproudých součástí.

Typická deska plošných spojů pro osobní počítač se může skládat ze dvou měděných rovin a dvou vnějších stopových vrstev. Její tloušťka je přibližně 70 um a tepelná vodivost 17,4 W/mK. Výsledkem je, že typická deska plošných spojů není účinným vodičem tepla.

Měděné mince

Měděné mince jsou malé kousky mědi zapuštěné do desky plošných spojů. Umísťují se pod součástku, která produkuje nejvíce tepla. Jejich vysoká tepelná vodivost jim umožňuje odvádět teplo z horké součástky do chladiče. Mohou být vyrobeny v různých tvarech a velikostech, aby se vešly do požadovaných oblastí, a mohou být metalizovány, aby bylo zajištěno těsné spojení.

Skleněný epoxid

Problém odvodu tepla je v elektronice stále důležitější. Nadměrné teplo může vést k nedostatečnému výkonu a brzkému selhání. V současné době jsou možnosti odvodu tepla omezené, zejména v extrémních prostředích. Jedním z řešení tohoto problému je použití vysokoteplotního skelného epoxidového materiálu pro desky plošných spojů neboli HDI-PCB. Tento materiál je schopen tento problém vyřešit, protože má více než dvěstěkrát lepší tepelnou vodivost než kompozitní materiál FR4.

Skleněná epoxidová pryskyřice má vynikající odolnost proti teplu a plameni. Má vysokou teplotu skelného přechodu a vysokou tepelnou vodivost. Může sloužit jako izolační vrstva a vrstva pro odvod tepla. Lze ji vyrobit impregnací nebo potažením. Tepelná vodivost skelného epoxidu na deskách plošných spojů zlepší výkon a stabilitu elektronických součástek.

DPS s kovovým jádrem

Výrobci desek plošných spojů s kovovým jádrem představili nové substráty desek, které odolávají vysokým teplotám. To jim umožňuje selektivně nanášet silnější vrstvy mědi, které mají vyšší tepelnou vodivost. Tento typ desek plošných spojů umožňuje lepší odvod tepla a lze jej použít pro jemné obvodové vzory a balení čipů s vysokou hustotou.

Kromě vyšší tepelné vodivosti jsou kovové desky plošných spojů také rozměrově stabilní. DPS s hliníkovým kovovým jádrem mají při zahřátí změnu velikosti 2,5-3%, což je ideální pro aplikace s vysokým výkonem. Díky své nízké tepelné roztažnosti jsou vhodné i pro vysoký spínací výkon. Nejčastěji používaným kovem pro desky plošných spojů s kovovým jádrem je hliník, který je levný a recyklovatelný. Jeho vysoká tepelná vodivost umožňuje rychlý proces chlazení.

Dalším problémem spojeným s odváděním tepla je riziko nadměrného zahřívání. Teplo generované součástkami, které vytvářejí teplo, musí být z desky odváděno, jinak nebude deska plošných spojů fungovat co nejlépe. Naštěstí nyní existují nové možnosti řešení tohoto problému. DPS s kovovým jádrem s vysokou tepelnou vodivostí jsou novým druhem tepelného řešení, které dokáže tyto problémy překonat.

Substráty FR4

DPS jsou vrstvené struktury vyrobené z měděných fólií a polymerů vyztužených sklem. Nesou a spojují elektronické součástky. Měď vytváří v desce plošných spojů vodivý obvod, zatímco sklo-epoxidová vrstva slouží jako nevodivý substrát.

Výkonné součástky je nejvhodnější umístit do středu desky plošných spojů, nikoli na její okraje. Je to proto, že teplo se hromadí u okrajů a rozptyluje se ven. Také teplo z výkonných součástek by mělo být umístěno daleko od citlivých zařízení a teplo musí být odváděno přes desku plošných spojů.

Materiál PCB s vysokou tepelnou vodivostí je nejlepším řešením pro odvod tepla, umožňuje rychlý přenos tepla a zabraňuje jeho akumulaci. High-tech desky plošných spojů používají jako podkladový materiál měděnou bázi, hliník nebo keramiku. Tím se vyřeší problémy s odvodem tepla a PCB jsou odolnější.