Cómo mejorar la disipación del calor con diseños de PCB

Si quiere que su placa de circuito impreso funcione con eficacia y eficiencia, debe plantearse algunos cambios en el diseño. Para mejorar la disipación térmica, debe optimizar la disposición de los componentes. Esto ayudará a que su PCB aproveche al máximo los planos de cobre, los orificios de disipación térmica y las aberturas de las máscaras de soldadura. Además, debe asegurarse de que el canal de resistencia térmica que utiliza es razonable, permitiendo una exportación suave del calor desde la PCB.

Vías térmicas

Una de las formas de mejorar la disipación del calor en los diseños de placas de circuito impreso es incluir vías térmicas. Las vías térmicas tienen la ventaja de permitir la transferencia de calor entre dos capas diferentes. Una vía térmica más grande proporcionará más espacio para que se mueva el calor. En el pasado, las vías rellenas de epoxi conductor eran muy populares. Pero estas vías no sólo son antieconómicas, sino que también pueden resultar caras. En su lugar, se pueden utilizar vías térmicas normales, que son gratuitas y casi igual de eficaces.

Las vías térmicas no sólo son beneficiosas para el dispositivo, sino que también ayudan a reducir la temperatura de unión. También permiten otros métodos de disipación del calor en la parte posterior de la placa de circuito impreso.

Peso de cobre

El peso del cobre es un factor importante a la hora de planificar el diseño de una placa de circuito impreso. Aumenta el grosor total de la placa de circuito y suele medirse en onzas por pie cuadrado. Los PCB que utilizan cobre pesado pueden llegar a pesar hasta 20 onzas por pie cuadrado. Además del grosor, el peso del cobre también es un factor importante en la capacidad de transporte de corriente de una placa de circuito impreso.

Las placas de circuito impreso de cobre pesado se utilizan a menudo en aparatos de electrónica de potencia y otros dispositivos que deben soportar entornos severos. Estos diseños presentan trazas más gruesas que pueden transportar corrientes más altas. También eliminan la necesidad de trazas de longitud impar. Además, las placas de circuito impreso con bajo contenido en cobre permiten una impedancia de traza baja, pero es poco probable que presenten anchuras de traza extremadamente pequeñas.

Almohadillas expuestas

La presencia de una vía térmica reducirá la diferencia entre la temperatura de la almohadilla y la del plano circundante. La conductividad térmica de una vía térmica también se reduce si la superficie tiene un plano subyacente. Una vía térmica colocada entre dos pads representará un pequeño porcentaje de la superficie.

Es fundamental minimizar la cantidad de calor generada por los componentes de potencia en las placas de circuito impreso. Por este motivo, los diseñadores deben mantenerlos alejados de las esquinas y las trazas adyacentes. También deben optimizar el área alrededor de estos componentes de potencia, lo que a menudo se consigue dejando al descubierto las almohadillas de potencia. Estos tipos de almohadillas conducen 80% del calor generado por un paquete de CI a través de la parte inferior del paquete y el resto se disipa por los lados.

Para ayudar a reducir el calor en las placas de circuito impreso, los diseñadores pueden utilizar productos mejorados de gestión térmica. Estos productos incluyen tubos de calor, disipadores, ventiladores y otros. Estos productos pueden ayudar a reducir la temperatura de la PCB por conducción, convección pasiva y radiación. Además, los diseñadores pueden elegir un método de interconexión que reduzca el calor generado en la placa. El método habitual de placa expuesta provocará más problemas de calor de los que resuelve.

Ventiladores

Las placas de circuito impreso pueden beneficiarse de la adición de ventiladores de refrigeración para eliminar el calor de la placa. En general, las placas de circuito impreso fabricadas con materiales de base de cobre o poliimida disipan el calor más rápidamente que las fabricadas con un material de base no conductor. Estas placas también son más flexibles y suelen tener una mayor superficie de conducción del calor. Además, dejan más espacio entre los componentes de alta potencia.

La colocación adecuada de los ventiladores de refrigeración contribuye a mejorar la disipación del calor. Una buena disposición de la placa de circuito impreso sitúa los componentes que generan más energía a continuación de los ventiladores de refrigeración. Utilizando una guía de diseño de PCB IPC-2221, un diseñador puede averiguar las distancias recomendadas entre cada componente.

Sustratos conductores térmicos

La elección de un sustrato térmicamente conductor para su diseño de PCB es una consideración importante en su diseño. Puede ayudar a mejorar la disipación del calor reduciendo la tensión térmica en los componentes activos. Una alta conductividad térmica también puede eliminar la necesidad de voluminosos disipadores de calor o ventiladores.

Los sustratos conductores del calor son componentes esenciales de las placas de circuito impreso, por lo que es vital elegir los adecuados. Además de utilizar sustratos conductores del calor, la disposición geométrica correcta de los componentes también puede reducir la transferencia térmica. Por ejemplo, la distancia entre las pistas es fundamental. Si las trazas son demasiado cortas, pueden provocar puntos calientes o degradar el rendimiento de componentes sensibles. Otra consideración importante es el grosor de las trazas de cobre. Hay que elegir trazas de cobre de baja impedancia, que reducirán la pérdida de potencia y la generación de calor.

El uso de sustratos conductores térmicos en los diseños de placas de circuito impreso puede mejorar la disipación del calor y reducir la resistencia térmica entre dispositivos. El uso de materiales conductores térmicos en la parte inferior de los cables de los chips también puede aumentar el área de contacto entre ellos, ayudando a los dispositivos a disipar el calor. Además, se pueden utilizar materiales conductores térmicos para el relleno con el fin de ayudar a reducir la resistencia térmica.