Como o material de PCB de alta condutividade térmica resolverá o problema da dissipação de calor

As PCB, também conhecidas como placas de circuito impresso, são estruturas em camadas feitas de folhas de cobre ensanduichadas entre camadas de vidro-epóxi. Estas camadas servem de suporte mecânico e elétrico para os componentes. As folhas de cobre de alta condutividade servem de circuito condutor na placa de circuito impresso, enquanto a camada de vidro-epóxi serve de substrato não condutor.

Material de PCB de elevada condutividade térmica

A condutividade térmica é a capacidade de um material transferir calor para fora de um dispositivo. Quanto mais baixa for a condutividade térmica, menos eficiente é o dispositivo. Materiais de alta condutividade térmica podem eliminar a necessidade de vias e produzir uma distribuição de temperatura mais uniforme. Isso também reduz o risco de expansão volumétrica localizada, que pode levar a pontos quentes perto de componentes de alta corrente.

Uma placa de circuito impresso típica de um computador pessoal pode ser constituída por dois planos de cobre e duas camadas de traços exteriores. A sua espessura é de cerca de 70 um e a sua condutividade térmica é de 17,4 W/mK. O resultado é que a PCB típica não é um condutor de calor eficiente.

Moedas de cobre

As moedas de cobre são pequenas peças de cobre incorporadas na placa de circuito impresso. São colocadas por baixo do componente que produz mais calor. A sua elevada condutividade térmica permite-lhes transferir o calor do componente quente para um dissipador de calor. Podem ser fabricadas em diferentes formas e tamanhos para se adaptarem às áreas pretendidas e podem ser metalizadas para garantir uma ligação estanque.

Vidro-epóxi

O problema da dissipação de calor está a tornar-se mais importante na eletrónica. O excesso de calor pode levar a um fraco desempenho e a uma falha prematura. Atualmente, as opções de dissipação de calor são limitadas, especialmente em ambientes extremos. Uma das soluções para este problema é a utilização de material PCB epóxi de vidro de alta temperatura, ou HDI-PCB. Este material é capaz de resolver este problema por ter uma condutividade térmica mais de duzentas vezes melhor do que o composto FR4.

A resina epóxi de vidro tem uma excelente resistência ao calor e à chama. Tem uma elevada temperatura de transição vítrea e uma elevada condutividade térmica. Pode servir como uma camada isolante e uma camada de dissipação de calor. Pode ser fabricada por impregnação ou revestimento. A condutividade térmica do PCB de epóxi de vidro melhora o desempenho e a estabilidade dos componentes electrónicos.

PCBs com núcleo metálico

Os fabricantes de placas de circuito impresso com núcleo metálico introduziram novos substratos de placas que podem suportar temperaturas elevadas. Isto permite-lhes aplicar seletivamente camadas de cobre mais espessas que têm uma condutividade térmica mais elevada. Este tipo de placa de circuito impresso permite uma melhor dissipação do calor e pode ser utilizado para padrões de circuitos finos e embalagens de chips de alta densidade.

Para além de oferecerem uma maior condutividade térmica, as PCB metálicas são também dimensionalmente estáveis. As PCB com núcleo metálico de alumínio têm uma alteração de tamanho de 2,5-3% quando aquecidas, o que as torna ideais para aplicações de alta potência. As suas propriedades de baixa expansão térmica também as tornam adequadas para uma elevada potência de comutação. O metal mais comummente utilizado para uma PCB com núcleo metálico é o alumínio, que é barato e reciclável. A sua elevada condutividade térmica permite um processo de arrefecimento rápido.

Outro problema associado à dissipação de calor é o risco de calor excessivo. O calor gerado pelos componentes que geram calor deve ser removido da placa, caso contrário a placa de circuito impresso não terá o melhor desempenho possível. Felizmente, existem atualmente novas opções para resolver este problema. As PCB com núcleo metálico de elevada condutividade térmica são um novo tipo de solução térmica que pode ultrapassar estes problemas.

Substratos FR4

As placas de circuito impresso são estruturas em camadas feitas de folhas de cobre e polímeros reforçados com vidro. Suportam e ligam componentes electrónicos. O cobre cria um circuito condutor dentro da PCB, enquanto a camada de vidro-epóxi actua como um substrato não condutor.

Os componentes de alta potência são melhor colocados perto do centro da placa de circuito impresso, em vez de nas extremidades. Isto deve-se ao facto de o calor se acumular perto das extremidades e se dispersar. Além disso, o calor dos componentes de alta potência deve ser colocado longe de dispositivos sensíveis, e o calor deve ser canalizado através da PCB.

O material de PCB de elevada condutividade térmica é a melhor solução para a dissipação de calor, permitindo uma rápida transferência de calor e evitando a acumulação de calor. As PCB de alta tecnologia utilizam uma base de cobre, alumínio ou cerâmica como material de substrato. Isto resolverá os problemas de dissipação de calor e tornará as PCB mais duradouras.