Cómo el material de PCB de alta conductividad térmica resolverá el problema de la disipación del calor

Los PCB, también conocidos como circuitos impresos, son estructuras en capas compuestas por láminas de cobre intercaladas entre capas de vidrio epoxi. Estas capas sirven de soporte mecánico y eléctrico para los componentes. Las láminas de cobre de alta conductividad constituyen el circuito conductor de la placa de circuito impreso, mientras que la capa de epoxi y vidrio es el sustrato no conductor.

Material de pcb de alta conductividad térmica

La conductividad térmica es la capacidad de un material para transferir calor fuera de un dispositivo. Cuanto menor es la conductividad térmica, menos eficiente es el dispositivo. Los materiales de alta conductividad térmica pueden eliminar la necesidad de vías y producir una distribución más uniforme de la temperatura. Esto también reduce el riesgo de expansión volumétrica localizada, que puede provocar puntos calientes cerca de componentes de alta corriente.

Una placa de circuito impreso típica de un ordenador personal puede constar de dos planos de cobre y dos capas de trazas exteriores. Su grosor es de unos 70 um y su conductividad térmica es de 17,4 W/mK. El resultado es que el PCB típico no es un conductor térmico eficiente.

Monedas de cobre

Las monedas de cobre son pequeños trozos de cobre incrustados en la placa de circuito impreso. Se colocan debajo del componente que produce más calor. Su alta conductividad térmica les permite transferir el calor del componente caliente a un disipador. Pueden fabricarse en diferentes formas y tamaños para adaptarse a las zonas deseadas y pueden metalizarse para garantizar una conexión estanca.

Vidrio-epoxi

El problema de la disipación del calor es cada vez más importante en electrónica. Un exceso de calor puede provocar un bajo rendimiento y un fallo prematuro. Actualmente, las opciones de disipación del calor son limitadas, sobre todo en entornos extremos. Una de las soluciones a este problema es el uso de material epoxi de vidrio para PCB de alta temperatura, o HDI-PCB. Este material es capaz de resolver este problema al tener una conductividad térmica más de doscientas veces mejor que el compuesto FR4.

La resina epoxi de vidrio tiene una excelente resistencia al calor y a las llamas. Tiene una elevada temperatura de transición vítrea y una alta conductividad térmica. Puede servir como capa aislante y como capa de disipación del calor. Puede fabricarse por impregnación o revestimiento. La conductividad térmica del PCB de epoxi de vidrio mejorará el rendimiento y la estabilidad de los componentes electrónicos.

Placas de circuito impreso con núcleo metálico

Los fabricantes de placas de circuito impreso con núcleo metálico han introducido nuevos sustratos para placas que pueden soportar altas temperaturas. Esto les permite aplicar selectivamente capas de cobre más gruesas que tienen una mayor conductividad térmica. Este tipo de PCB permite una mejor disipación del calor y puede utilizarse para patrones de circuitos finos y embalaje de chips de alta densidad.

Además de ofrecer una mayor conductividad térmica, las PCB metálicas también son dimensionalmente estables. Las PCB de núcleo metálico de aluminio tienen un cambio de tamaño de 2,5-3% cuando se calientan, lo que las hace ideales para aplicaciones de alta potencia. Sus propiedades de baja expansión térmica también las hacen adecuadas para una alta potencia de conmutación. El metal más utilizado para un PCB de núcleo metálico es el aluminio, que es barato y reciclable. Su alta conductividad térmica permite un rápido proceso de enfriamiento.

Otro problema asociado a la disipación del calor es el riesgo de calentamiento excesivo. El calor generado por los componentes que generan calor debe eliminarse de la placa; de lo contrario, el PCB no rendirá al máximo. Afortunadamente, ahora existen nuevas opciones para resolver este problema. Los PCB con núcleo metálico de alta conductividad térmica son un nuevo tipo de solución térmica que puede superar estos problemas.

Sustratos FR4

Las placas de circuito impreso son estructuras en capas hechas de láminas de cobre y polímeros reforzados con vidrio. Soportan y conectan componentes electrónicos. El cobre crea un circuito conductor dentro del circuito impreso, mientras que la capa de vidrio epoxi actúa como sustrato no conductor.

Los componentes de alta potencia se colocan mejor cerca del centro de la placa de circuito impreso que en los bordes. Esto se debe a que el calor se acumula cerca de los bordes y se dispersa hacia fuera. Además, el calor de los componentes de alta potencia debe situarse lejos de los dispositivos sensibles, y el calor debe canalizarse a través de la placa de circuito impreso.

El material de PCB de alta conductividad térmica es la mejor solución para la disipación del calor, ya que permite una rápida transferencia del calor y evita su acumulación. Los PCB de alta tecnología utilizan base de cobre, aluminio o cerámica como material de sustrato. Esto resolverá los problemas de disipación de calor y hará que los PCB sean más duraderos.