Jak materiał PCB o wysokiej przewodności cieplnej rozwiąże problem rozpraszania ciepła?

PCB, znane również jako obwody drukowane, to warstwowe struktury wykonane z folii miedzianych umieszczonych pomiędzy warstwami szklano-epoksydowymi. Warstwy te służą jako mechaniczne i elektryczne wsparcie dla komponentów. Folie miedziane o wysokiej przewodności służą jako obwód przewodzący w PCB, podczas gdy warstwa szklano-epoksydowa służy jako nieprzewodzące podłoże.

Materiał płytki drukowanej o wysokiej przewodności cieplnej

Przewodność cieplna to zdolność materiału do odprowadzania ciepła z urządzenia. Im niższa przewodność cieplna, tym mniej wydajne jest urządzenie. Materiały o wysokiej przewodności cieplnej mogą wyeliminować potrzebę stosowania przelotek i zapewnić bardziej równomierny rozkład temperatury. Zmniejsza to również ryzyko miejscowej ekspansji objętościowej, która może prowadzić do powstawania gorących punktów w pobliżu komponentów wysokoprądowych.

Typowa płytka PCB dla komputera osobistego może składać się z dwóch miedzianych płaszczyzn i dwóch zewnętrznych warstw ścieżek. Jej grubość wynosi około 70 um, a przewodność cieplna 17,4 W/mK. W rezultacie typowa płytka drukowana nie jest wydajnym przewodnikiem ciepła.

Miedziane monety

Miedziane monety to małe kawałki miedzi osadzone w płytce drukowanej. Są one umieszczane pod komponentem, który wytwarza najwięcej ciepła. Ich wysoka przewodność cieplna pozwala im przenosić ciepło z gorącego komponentu do radiatora. Mogą być wykonane w różnych kształtach i rozmiarach, aby pasowały do pożądanych obszarów i mogą być metalizowane, aby zapewnić szczelne połączenie.

Szkło-epoksyd

Problem rozpraszania ciepła staje się coraz ważniejszy w elektronice. Nadmiar ciepła może prowadzić do spadku wydajności i przedwczesnej awarii. Obecnie możliwości rozpraszania ciepła są ograniczone, szczególnie w ekstremalnych warunkach. Jednym z rozwiązań tego problemu jest zastosowanie wysokotemperaturowego szklano-epoksydowego materiału PCB lub HDI-PCB. Materiał ten jest w stanie rozwiązać ten problem dzięki przewodności cieplnej ponad dwieście razy lepszej niż kompozyt FR4.

Szklana żywica epoksydowa ma doskonałą odporność na ciepło i płomień. Ma wysoką temperaturę zeszklenia i wysoką przewodność cieplną. Może służyć jako warstwa izolacyjna i warstwa rozpraszająca ciepło. Może być wytwarzana przez impregnację lub powlekanie. Przewodność cieplna szklanej płytki epoksydowej poprawi wydajność i stabilność komponentów elektronicznych.

Płytki PCB z metalowym rdzeniem

Producenci płytek PCB z metalowym rdzeniem wprowadzili nowe podłoża, które mogą wytrzymać wysokie temperatury. Pozwala im to na selektywne nakładanie grubszych warstw miedzi, które mają wyższą przewodność cieplną. Ten typ PCB umożliwia lepsze rozpraszanie ciepła i może być stosowany do precyzyjnych wzorów obwodów i pakowania chipów o dużej gęstości.

Oprócz wyższej przewodności cieplnej, metalowe płytki PCB są również stabilne wymiarowo. Aluminiowe płytki PCB z metalowym rdzeniem zmieniają rozmiar o 2,5-3% po podgrzaniu, co czyni je idealnymi do zastosowań o dużej mocy. Ich niskie właściwości rozszerzalności cieplnej sprawiają, że nadają się również do wysokiej mocy przełączania. Najczęściej stosowanym metalem w płytkach PCB z metalowym rdzeniem jest aluminium, które jest tanie i nadaje się do recyklingu. Jego wysoka przewodność cieplna pozwala na szybki proces chłodzenia.

Innym problemem związanym z rozpraszaniem ciepła jest ryzyko nadmiernego nagrzewania. Ciepło generowane przez komponenty wytwarzające ciepło musi zostać usunięte z płytki, w przeciwnym razie PCB nie będzie działać najlepiej. Na szczęście istnieją obecnie nowe opcje rozwiązania tego problemu. Płytki PCB z metalowym rdzeniem o wysokiej przewodności cieplnej są nowym rodzajem rozwiązania termicznego, które może przezwyciężyć te problemy.

Podłoża FR4

PCB to warstwowe struktury wykonane z folii miedzianych i polimerów wzmocnionych włóknem szklanym. Obsługują i łączą komponenty elektroniczne. Miedź tworzy obwód przewodzący wewnątrz PCB, podczas gdy warstwa epoksydowo-szklana działa jako nieprzewodzące podłoże.

Komponenty o dużej mocy najlepiej umieszczać w pobliżu środka płytki drukowanej, a nie na jej krawędziach. Dzieje się tak, ponieważ ciepło gromadzi się w pobliżu krawędzi i rozprasza się. Ponadto ciepło z komponentów o dużej mocy powinno być umieszczone z dala od wrażliwych urządzeń, a ciepło musi być odprowadzane przez płytkę drukowaną.

Materiał PCB o wysokiej przewodności cieplnej jest najlepszym rozwiązaniem do rozpraszania ciepła, umożliwiając szybkie przenoszenie ciepła i zapobiegając jego akumulacji. Zaawansowane technologicznie płytki PCB wykorzystują miedzianą podstawę, aluminium lub ceramikę jako materiał podłoża. Rozwiązuje to problemy z rozpraszaniem ciepła i sprawia, że płytki PCB są bardziej trwałe.