Come migliorare la dissipazione del calore con i progetti di PCB

Se volete che il vostro PCB funzioni in modo efficace ed efficiente, dovete prendere in considerazione alcune modifiche al progetto. Per migliorare la dissipazione del calore, è necessario ottimizzare la disposizione dei componenti. In questo modo, il PCB potrà sfruttare appieno i piani di rame, i fori di dissipazione termica e le aperture per le maschere di saldatura. Inoltre, è necessario assicurarsi che il canale di resistenza termica utilizzato sia ragionevole, in modo da consentire un'esportazione fluida del calore dal PCB.

Vialetti termici

Uno dei modi per migliorare la dissipazione del calore nei progetti di circuiti stampati è quello di includere i vias termici. I vias termici hanno il vantaggio di consentire il trasferimento di calore tra due strati diversi. Una via termica più grande offre più spazio per il trasferimento del calore. In passato erano molto diffusi i vias riempiti di epossidica conduttiva. Ma questi vias non solo sono antieconomici, ma possono anche essere costosi. Si consiglia invece di utilizzare normali vias termici, che sono gratuiti e quasi altrettanto efficaci.

I vias termici non sono solo vantaggiosi per il dispositivo, ma contribuiscono anche a ridurre la temperatura di giunzione. Inoltre, consentono altri metodi di dissipazione del calore sul retro del PCB.

Peso del rame

Il peso del rame è una considerazione importante quando si progetta un PCB. Aumenta lo spessore complessivo del circuito stampato e di solito si misura in once per piede quadrato. I circuiti stampati che utilizzano rame pesante possono avere un peso fino a 20 once per piede quadrato. Oltre allo spessore, il peso del rame è anche un fattore importante per la capacità di trasporto di corrente di un PCB.

I circuiti stampati in rame pesante sono spesso utilizzati nei gadget elettronici di potenza e in altri dispositivi che devono resistere ad ambienti difficili. Questi progetti sono caratterizzati da tracce più spesse che possono trasportare correnti più elevate. Inoltre, eliminano la necessità di tracce di lunghezza dispari. Inoltre, i PCB a basso contenuto di rame consentono una bassa impedenza di traccia, ma è improbabile che presentino tracce di larghezza estremamente ridotta.

Cuscinetti esposti

La presenza di una via termica riduce la differenza tra la temperatura del pad e quella del piano circostante. La conduttività termica di una via termica si riduce anche se la superficie ha un piano sottostante. Una via termica posizionata tra due pad sarà una piccola percentuale dell'area della superficie.

È fondamentale ridurre al minimo la quantità di calore generata dai componenti di potenza sui circuiti stampati. Per questo motivo, i progettisti devono tenerli lontani dagli angoli e dalle tracce adiacenti. Inoltre, devono ottimizzare l'area intorno ai componenti di potenza, spesso esponendo le piazzole di alimentazione. Questi tipi di piazzole conducono 80% il calore generato da un pacchetto IC attraverso la parte inferiore del pacchetto, mentre il resto viene dissipato attraverso i lati.

Per ridurre il calore sui circuiti stampati, i progettisti possono utilizzare prodotti migliori per la gestione del calore. Questi prodotti includono tubi di calore, dissipatori, ventole e altro ancora. Questi prodotti possono contribuire a ridurre la temperatura del PCB attraverso la conduzione, la convezione passiva e l'irraggiamento. Inoltre, i progettisti possono scegliere un metodo di interconnessione che riduca il calore generato sulla scheda. L'approccio comune con le piastre a vista comporta più problemi di calore di quanti ne risolva.

Ventole di raffreddamento

I PCB possono beneficiare dell'aggiunta di ventole di raffreddamento per rimuovere il calore dalla scheda. In generale, i PCB realizzati con materiali di base in rame o poliimmide dissipano il calore più rapidamente rispetto a quelli realizzati con un materiale di base non conduttivo. Questi PCB sono anche più flessibili e spesso presentano superfici più ampie per la conduzione del calore. Inoltre, consentono un maggiore spazio tra i componenti ad alta potenza.

Il corretto posizionamento delle ventole di raffreddamento contribuisce a migliorare la dissipazione del calore. Un buon layout del PCB colloca i componenti che generano maggiore potenza a valle delle ventole di raffreddamento. Utilizzando una guida alla progettazione di PCB IPC-2221, il progettista può scoprire le distanze consigliate tra ciascun componente.

Substrati termicamente conduttivi

La scelta di un substrato termoconduttivo per il progetto di un circuito stampato è una considerazione importante. Può contribuire a migliorare la dissipazione del calore riducendo lo stress termico sui componenti attivi. Un'elevata conduttività termica può anche eliminare la necessità di ingombranti dissipatori di calore o ventole.

I substrati termoconduttivi sono componenti essenziali per i PCB, quindi è fondamentale scegliere quelli giusti. Oltre all'utilizzo di substrati termoconduttivi, anche la giusta disposizione geometrica dei componenti può ridurre il trasferimento termico. Ad esempio, la distanza tra le tracce è fondamentale. Se le tracce sono troppo corte, possono causare punti caldi o degradare le prestazioni dei componenti sensibili. Un'altra considerazione importante riguarda lo spessore delle tracce di rame. È opportuno scegliere tracce di rame a bassa impedenza, che riducono la perdita di potenza e la generazione di calore.

L'utilizzo di substrati termoconduttivi nei progetti di PCB può migliorare la dissipazione del calore e ridurre la resistenza termica tra i dispositivi. L'uso di materiali termoconduttivi sul fondo dei conduttori dei chip può anche aumentare l'area di contatto tra di essi, aiutando i dispositivi a dissipare il calore. Inoltre, i materiali termoconduttivi possono essere utilizzati per il riempimento per contribuire a ridurre la resistenza termica.