Come il materiale per PCB ad alta conducibilità termica risolverà il problema della dissipazione del calore

I PCB, noti anche come circuiti stampati, sono strutture stratificate costituite da lamine di rame inserite tra strati di vetro epossidico. Questi strati fungono da supporto meccanico ed elettrico per i componenti. Le lamine di rame ad alta conduttività fungono da circuito conduttivo nel PCB, mentre lo strato di vetro epossidico funge da substrato non conduttivo.

Materiale per circuiti stampati ad alta conducibilità termica

La conduttività termica è la capacità di un materiale di trasferire il calore da un dispositivo. Più bassa è la conduttività termica, meno efficiente è il dispositivo. I materiali ad alta conducibilità termica possono eliminare la necessità di vias e produrre una distribuzione più uniforme della temperatura. Ciò riduce anche il rischio di espansione volumetrica localizzata, che può portare a punti caldi in prossimità di componenti ad alta corrente.

Un tipico circuito stampato di un personal computer potrebbe essere costituito da due piani di rame e due strati di traccia esterni. Il suo spessore è di circa 70 um e la sua conducibilità termica è di 17,4 W/mK. Il risultato è che il tipico PCB non è un efficiente conduttore di calore.

Monete di rame

Le monete di rame sono piccoli pezzi di rame incorporati nel PCB. Vengono posizionate sotto il componente che produce più calore. La loro elevata conducibilità termica consente di trasferire il calore dal componente caldo a un dissipatore di calore. Possono essere realizzati in diverse forme e dimensioni per adattarsi alle aree desiderate e possono essere metallizzati per garantire una connessione perfetta.

Vetro epossidico

Il problema della dissipazione del calore sta diventando sempre più importante nell'elettronica. Un eccesso di calore può portare a prestazioni insufficienti e a guasti precoci. Attualmente, le opzioni di dissipazione del calore sono limitate, soprattutto negli ambienti estremi. Una delle soluzioni a questo problema è l'uso di materiale per PCB epossidico in vetro ad alta temperatura, o HDI-PCB. Questo materiale è in grado di risolvere il problema grazie a una conducibilità termica oltre duecento volte superiore a quella del composito FR4.

La vetro resina epossidica ha un'eccellente resistenza al calore e alla fiamma. Ha un'elevata temperatura di transizione vetrosa e un'alta conduttività termica. Può fungere da strato isolante e da strato di dissipazione del calore. Può essere realizzata per impregnazione o rivestimento. La conducibilità termica del PCB epossidico di vetro migliora le prestazioni e la stabilità dei componenti elettronici.

PCB con anima in metallo

I produttori di PCB con anima in metallo hanno introdotto nuovi substrati per schede in grado di resistere alle alte temperature. Ciò consente di applicare selettivamente strati di rame più spessi che hanno una maggiore conducibilità termica. Questo tipo di PCB consente una migliore dissipazione del calore e può essere utilizzato per la realizzazione di circuiti sottili e per il confezionamento di chip ad alta densità.

Oltre a offrire una maggiore conduttività termica, i PCB metallici sono anche dimensionalmente stabili. I PCB in alluminio con anima in metallo hanno una variazione dimensionale di 2,5-3% quando vengono riscaldati, il che li rende ideali per le applicazioni ad alta potenza. Le loro proprietà di bassa espansione termica li rendono adatti anche a potenze di commutazione elevate. Il metallo più comunemente utilizzato per i circuiti stampati ad anima metallica è l'alluminio, che è economico e riciclabile. La sua elevata conducibilità termica consente un rapido processo di raffreddamento.

Un altro problema associato alla dissipazione del calore è il rischio di calore eccessivo. Il calore generato dai componenti che lo generano deve essere rimosso dalla scheda, altrimenti il PCB non funzionerà al meglio. Fortunatamente, oggi esistono nuove opzioni per risolvere questo problema. I circuiti stampati con anima metallica ad alta conducibilità termica sono un nuovo tipo di soluzione termica in grado di superare questi problemi.

Substrati FR4

I PCB sono strutture stratificate realizzate con lamine di rame e polimeri rinforzati con vetro. Supportano e collegano i componenti elettronici. Il rame crea un circuito conduttivo all'interno del PCB, mentre lo strato di vetro epossidico funge da substrato non conduttivo.

I componenti ad alta potenza sono meglio posizionati al centro del PCB, piuttosto che sui bordi. Questo perché il calore si accumula vicino ai bordi e si disperde. Inoltre, il calore prodotto dai componenti ad alta potenza deve essere collocato lontano dai dispositivi sensibili e deve essere incanalato attraverso il PCB.

Il materiale per PCB ad alta conducibilità termica è la soluzione migliore per la dissipazione del calore, in quanto consente un rapido trasferimento del calore e ne impedisce l'accumulo. I PCB ad alta tecnologia utilizzano come materiale di substrato rame, alluminio o ceramica. Questo risolve i problemi di dissipazione del calore e rende i PCB più durevoli.