Wie PCB-Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit das Problem der Wärmeableitung lösen kann

Wie PCB-Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit das Problem der Wärmeableitung lösen kann

Leiterplatten, auch Printed Circuit Boards genannt, sind Schichtstrukturen aus Kupferfolien, die zwischen Glas-Epoxid-Schichten eingebettet sind. Diese Schichten dienen als mechanischer und elektrischer Träger für die Komponenten. Die hochleitfähigen Kupferfolien dienen als leitende Schaltung in der Leiterplatte, während die Glas-Epoxid-Schicht als nichtleitendes Substrat dient.

Leiterplattenmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Wärme von einem Gerät wegzuleiten. Je geringer die Wärmeleitfähigkeit ist, desto weniger effizient ist das Gerät. Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit machen Durchkontaktierungen überflüssig und sorgen für eine gleichmäßigere Temperaturverteilung. Dadurch wird auch das Risiko einer lokalen volumetrischen Ausdehnung verringert, die in der Nähe von Hochstromkomponenten zu Hotspots führen kann.

Eine typische Leiterplatte für einen Personalcomputer könnte aus zwei Kupferebenen und zwei äußeren Leiterbahnschichten bestehen. Sie ist etwa 70 um dick und hat eine Wärmeleitfähigkeit von 17,4 W/mK. Das Ergebnis ist, dass die typische Leiterplatte kein effizienter Wärmeleiter ist.

Kupfermünzen

Kupfermünzen sind kleine Kupferstücke, die in die Leiterplatte eingebettet sind. Sie werden unter dem Bauteil platziert, das die meiste Wärme erzeugt. Dank ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit leiten sie die Wärme von der heißen Komponente weg zu einem Kühlkörper. Sie können in verschiedenen Formen und Größen hergestellt werden, um an die gewünschten Stellen zu passen, und können metallisiert werden, um eine feste Verbindung zu gewährleisten.

Glas-Epoxid

Das Problem der Wärmeableitung gewinnt in der Elektronik immer mehr an Bedeutung. Überschüssige Wärme kann zu unzureichender Leistung und frühzeitigem Ausfall führen. Derzeit sind die Möglichkeiten zur Wärmeableitung begrenzt, insbesondere in extremen Umgebungen. Eine der Lösungen für dieses Problem ist die Verwendung von Hochtemperatur-Glas-Epoxid-Leiterplattenmaterial, oder HDI-PCB. Dieses Material ist in der Lage, dieses Problem zu lösen, da seine Wärmeleitfähigkeit mehr als zweihundert Mal besser ist als die von FR4-Verbundmaterial.

Das Glas-Epoxidharz hat eine ausgezeichnete Hitze- und Flammenbeständigkeit. Es hat eine hohe Glasübergangstemperatur und eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Es kann als Isolierschicht und als Wärmeableitungsschicht dienen. Es kann durch Imprägnierung oder Beschichtung hergestellt werden. Die Wärmeleitfähigkeit von Glas-Epoxid-Leiterplatten verbessert die Leistung und Stabilität elektronischer Komponenten.

PCBs mit Metallkern

Die Hersteller von Metallkern-Leiterplatten haben neue Leiterplattensubstrate eingeführt, die hohen Temperaturen standhalten können. Dadurch können sie selektiv dickere Kupferschichten aufbringen, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Diese Art von Leiterplatten ermöglicht eine bessere Wärmeableitung und kann für feine Schaltungsmuster und hochdichte Chipverpackungen verwendet werden.

Metall-Leiterplatten bieten nicht nur eine höhere Wärmeleitfähigkeit, sondern sind auch formstabil. Aluminium-Metallkern-Leiterplatten weisen bei Erwärmung eine Größenänderung von 2,5-3% auf, was sie ideal für Anwendungen mit hoher Leistung macht. Aufgrund ihrer geringen Wärmeausdehnung sind sie auch für hohe Schaltleistungen geeignet. Das am häufigsten verwendete Metall für Metallkern-Leiterplatten ist Aluminium, das billig und recycelbar ist. Seine hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht einen schnellen Abkühlungsprozess.

Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit der Wärmeableitung ist die Gefahr von Überhitzung. Die von den wärmeerzeugenden Bauteilen erzeugte Wärme muss von der Leiterplatte abgeführt werden, da die Leiterplatte sonst nicht ihre optimale Leistung erbringen kann. Glücklicherweise gibt es jetzt neue Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen. Metallkern-Leiterplatten mit hoher Wärmeleitfähigkeit sind eine neue Art von Wärmelösung, mit der diese Probleme überwunden werden können.

FR4-Substrate

Leiterplatten sind schichtweise aufgebaute Strukturen aus Kupferfolien und glasfaserverstärkten Polymeren. Sie tragen und verbinden elektronische Komponenten. Das Kupfer bildet einen leitenden Stromkreis innerhalb der Leiterplatte, während die Glas-Epoxid-Schicht als nichtleitendes Substrat dient.

Hochleistungskomponenten werden am besten in der Mitte der Leiterplatte und nicht an den Rändern platziert. Dies liegt daran, dass sich die Wärme in der Nähe der Kanten staut und nach außen streut. Außerdem sollte die Wärme von Hochleistungskomponenten weit weg von empfindlichen Geräten platziert werden, und die Wärme muss über die Leiterplatte abgeleitet werden.

Leiterplattenmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist die beste Lösung für die Wärmeableitung, da es eine schnelle Wärmeübertragung ermöglicht und einen Wärmestau verhindert. High-Tech-Leiterplatten verwenden Kupfer, Aluminium oder Keramik als Substratmaterial. Dies löst die Probleme der Wärmeableitung und macht die Leiterplatten haltbarer.

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