Kuinka korkea lämmönjohtavuus PCB-materiaali ratkaisee lämmönhukkaongelman ongelman

Piirilevyt, jotka tunnetaan myös nimellä painetut piirilevyt, ovat kerroksellisia rakenteita, jotka on valmistettu kuparikalvoista, jotka on sijoitettu lasi-epoksikerrosten väliin. Nämä kerrokset toimivat komponenttien mekaanisena ja sähköisenä tukena. Erittäin johtavat kuparifoliot toimivat piirilevyssä johtavana piirinä, kun taas lasiepoksikerros toimii ei-johtavana alustana.

Korkea lämmönjohtavuus pcb-materiaali

Lämmönjohtavuus on materiaalin kyky siirtää lämpöä pois laitteesta. Mitä pienempi lämmönjohtavuus on, sitä tehottomampi laite on. Korkean lämmönjohtavuuden materiaalit voivat poistaa läpivientien tarpeen ja tuottaa tasaisemman lämpötilan jakautumisen. Tämä vähentää myös paikallisen tilavuuslaajenemisen riskiä, joka voi johtaa kuumiin kohtiin lähellä suurivirtaisia komponentteja.

Henkilökohtaisen tietokoneen tyypillinen piirilevy voi koostua kahdesta kuparitasosta ja kahdesta ulommasta jäljityskerroksesta. Sen paksuus on noin 70 um ja lämmönjohtavuus 17,4 W/mK. Tästä seuraa, että tyypillinen piirilevy ei ole tehokas lämmönjohdin.

Kuparikolikot

Kuparikolikot ovat pieniä kuparinpaloja, jotka on upotettu piirilevyyn. Ne sijoitetaan eniten lämpöä tuottavan komponentin alle. Niiden korkean lämmönjohtavuuden ansiosta ne voivat siirtää lämpöä pois kuumasta komponentista jäähdytyselementtiin. Niitä voidaan valmistaa eri muotoisina ja kokoisina, jotta ne sopivat halutuille alueille, ja ne voidaan metalloida tiiviin liitoksen varmistamiseksi.

Lasi-epoksi

Lämmönsiirtoon liittyvä ongelma on yhä tärkeämpi elektroniikassa. Liiallinen lämpö voi johtaa alisuorituskykyyn ja ennenaikaiseen vikaantumiseen. Tällä hetkellä lämmönpoistovaihtoehdot ovat rajalliset, erityisesti äärimmäisissä ympäristöissä. Yksi ratkaisu tähän ongelmaan on korkean lämpötilan lasiepoksipiirilevymateriaalin eli HDI-PCB:n käyttö. Tämä materiaali pystyy ratkaisemaan ongelman, koska sen lämmönjohtavuus on yli kaksisataa kertaa parempi kuin FR4-komposiitin.

Lasiepoksihartsilla on erinomainen lämmön- ja liekinkestävyys. Sillä on korkea lasittumislämpötila ja korkea lämmönjohtavuus. Se voi toimia eristyskerroksena ja lämpöä haihduttavana kerroksena. Se voidaan valmistaa kyllästämällä tai pinnoittamalla. Lasiepoksipiirilevyn lämmönjohtavuus parantaa elektronisten komponenttien suorituskykyä ja vakautta.

Metalliydin PCB:t

Metalliydinpiirilevyjen valmistajat ovat tuoneet markkinoille uusia levyn substraatteja, jotka kestävät korkeita lämpötiloja. Näin he voivat valikoivasti käyttää paksumpia kuparikerroksia, joilla on parempi lämmönjohtavuus. Tämäntyyppiset piirilevyt mahdollistavat paremman lämmöntuottokyvyn ja niitä voidaan käyttää hienoihin piirikuvioihin ja tiheisiin sirupakkauksiin.

Korkeamman lämmönjohtavuuden lisäksi metalliset piirilevyt ovat myös mittasuhteiltaan vakaita. Alumiinisilla metalliytimillä varustetuilla piirilevyillä on 2,5-3%:n kokomuutos lämmitettäessä, joten ne sopivat erinomaisesti suuritehoisiin sovelluksiin. Niiden alhaiset lämpölaajenemisominaisuudet tekevät niistä sopivia myös suurelle kytkentäteholle. Yleisimmin käytetty metalli, jota käytetään metalliydinpiirilevyissä, on alumiini, joka on halpa ja kierrätettävä. Sen korkea lämmönjohtavuus mahdollistaa nopean jäähdytysprosessin.

Toinen lämmöntuottoon liittyvä ongelma on liiallisen kuumuuden riski. Lämpöä tuottavien komponenttien tuottama lämpö on poistettava levystä, muuten piirilevy ei toimi parhaalla mahdollisella tavalla. Onneksi nyt on olemassa uusia vaihtoehtoja tämän ongelman ratkaisemiseksi. Korkean lämmönjohtavuuden omaavat metalliydinpiirilevyt ovat uudenlainen lämpöratkaisu, jolla nämä ongelmat voidaan ratkaista.

FR4-alustat

Piirilevyt ovat kuparifolioista ja lasivahvisteisista polymeereistä valmistettuja kerrosrakenteita. Ne tukevat ja yhdistävät elektronisia komponentteja. Kupari muodostaa piirilevyn sisällä johtavan piirin, kun taas lasi-epoksikerros toimii johtamattomana alustana.

Suuritehoiset komponentit kannattaa sijoittaa lähelle piirilevyn keskiosaa eikä reunoille. Tämä johtuu siitä, että lämpö kerääntyy reunojen läheisyyteen ja hajoaa ulos. Lisäksi suuritehoisten komponenttien lämpö on sijoitettava kauas herkistä laitteista, ja lämpö on kanavoitava pois piirilevyn läpi.

Korkean lämmönjohtavuuden piirilevymateriaali on paras ratkaisu lämmön haihduttamiseen, mikä mahdollistaa lämmön nopean siirtymisen ja estää lämmön kertymisen. Korkean teknologian piirilevyissä käytetään substraattimateriaalina kuparipohjaa, alumiinia tai keraamista. Tämä ratkaisee lämmöntuottokysymykset ja tekee piirilevyistä kestävämpiä.