Como melhorar a dissipação de calor com desenhos de PCB

Se pretende que a sua placa de circuito impresso funcione de forma eficaz e eficiente, deve considerar algumas alterações ao design. Para melhorar a dissipação de calor, é necessário otimizar a disposição dos componentes. Isto ajudará a sua PCB a utilizar plenamente os planos de cobre, os orifícios de dissipação térmica e as aberturas da máscara de soldadura. Além disso, deve certificar-se de que o canal de resistência térmica que utiliza é razoável, permitindo uma exportação suave do calor da PCB.

Vias térmicas

Uma das formas de melhorar a dissipação de calor nos projectos de PCB é incluir vias térmicas. As vias térmicas têm a vantagem de permitir a transferência de calor entre duas camadas diferentes. Uma via térmica maior proporcionará mais espaço para a deslocação do calor. No passado, eram populares as vias preenchidas com epóxi condutor. Mas estas vias não só não são económicas, como também podem ser caras. Em vez disso, considere a utilização de vias térmicas normais, que são gratuitas e quase tão eficazes.

As vias térmicas não só são benéficas para o dispositivo, como também ajudam a baixar a temperatura da junção. Permitem também outros métodos de dissipação de calor na parte de trás da placa de circuito impresso.

Peso de cobre

O peso do cobre é uma consideração importante ao planear um desenho de PCB. Aumenta a espessura global da placa de circuitos e é normalmente medido em onças por pé quadrado. As PCB que utilizam cobre pesado podem ter pesos tão elevados como 20 onças por pé quadrado. Para além da espessura, o peso do cobre é também um fator importante na capacidade de transporte de corrente de uma placa de circuito impresso.

As PCB de cobre pesado são frequentemente utilizadas em aparelhos de eletrónica de potência e outros dispositivos que têm de resistir a ambientes severos. Estes desenhos apresentam traços mais espessos que podem transportar correntes mais elevadas. Também eliminam a necessidade de traços de comprimento ímpar. Além disso, as PCB com baixo teor de cobre permitem uma impedância de traço baixa, mas é pouco provável que apresentem larguras de traço extremamente pequenas.

Almofadas expostas

A presença de uma via térmica reduzirá a diferença entre a temperatura da almofada e a do plano circundante. A condutividade térmica de uma via térmica também é reduzida se a superfície tiver um plano subjacente. Uma via térmica colocada entre duas almofadas representará uma pequena percentagem da área da superfície.

É crucial minimizar a quantidade de calor gerada pelos componentes de potência nas PCBs. Por este motivo, os projectistas devem mantê-los afastados dos cantos e dos traços adjacentes. Devem também otimizar a área à volta destes componentes de potência, o que é frequentemente feito expondo os blocos de potência. Estes tipos de almofadas conduzem 80% do calor gerado por um pacote IC através da parte inferior do pacote e o restante dissipa-se através dos lados.

Para ajudar a reduzir o calor nas PCBs, os projectistas podem utilizar produtos de gestão de calor melhorados. Estes produtos incluem tubos de calor, dissipadores de calor, ventoinhas e muito mais. Estes produtos podem ajudar a reduzir a temperatura da PCB através de condução, convecção passiva e radiação. Além disso, os projectistas podem escolher um método de interligação que reduza o calor gerado na placa. A abordagem comum de almofadas expostas conduzirá a mais problemas de calor do que os que resolve.

Ventoinhas de arrefecimento

As placas de circuito impresso podem beneficiar da adição de ventoinhas de arrefecimento para remover o calor da placa. Em geral, as placas de circuito impresso fabricadas com materiais de base de cobre ou poliimida dissipam o calor mais rapidamente do que as fabricadas com um material de base não condutor. Estas PCB são também mais flexíveis e apresentam frequentemente áreas de superfície maiores para a condução de calor. Além disso, permitem mais espaço entre os componentes de alta potência.

A colocação correcta das ventoinhas de arrefecimento ajuda a melhorar a dissipação do calor. Uma boa disposição da placa de circuito impresso coloca os componentes que geram maior potência a jusante das ventoinhas de arrefecimento. Utilizando um guia de design de PCB IPC-2221, um designer pode descobrir as distâncias recomendadas entre cada componente.

Substratos termicamente condutores

A escolha de um substrato termicamente condutor para o seu projeto de PCB é uma consideração importante no seu projeto. Pode ajudar a melhorar a dissipação de calor, reduzindo a tensão térmica nos componentes activos. Uma condutividade térmica elevada pode também eliminar a necessidade de dissipadores de calor ou ventiladores volumosos.

Os substratos termicamente condutores são componentes essenciais para os PCB, pelo que é vital escolher os correctos. Para além de utilizar substratos termicamente condutores, a disposição geométrica correcta dos componentes também pode reduzir a transferência térmica. Por exemplo, o espaçamento entre os traços é fundamental. Se os traços forem demasiado curtos, podem causar pontos quentes ou degradar o desempenho de componentes sensíveis. Outra consideração importante é a espessura do traço de cobre. Deve escolher traços de cobre com baixa impedância, o que reduzirá a quantidade de perda de energia e a geração de calor.

A utilização de substratos termicamente condutores em projectos de PCB pode melhorar a dissipação de calor e reduzir a resistência térmica entre dispositivos. A utilização de materiais termicamente condutores na parte inferior dos cabos das pastilhas também pode aumentar a área de contacto entre elas, ajudando os dispositivos a dissipar o calor. Além disso, podem ser utilizados materiais termicamente condutores para o enchimento, para ajudar a reduzir a resistência térmica.