Hur PCB-material med hög värmeledningsförmåga löser problemet med värmeavledning

PCB, även känt som tryckta kretskort, är skiktade strukturer som består av kopparfolier mellan glas-epoxiskikt. Dessa lager fungerar som mekaniskt och elektriskt stöd för komponenterna. Kopparfolierna med hög ledningsförmåga fungerar som den ledande kretsen i PCB, medan glas-epoxiskiktet fungerar som det icke-ledande substratet.

Material för kretskort med hög värmeledningsförmåga

Värmekonduktivitet är ett materials förmåga att överföra värme bort från en enhet. Ju lägre värmeledningsförmåga, desto mindre effektiv är enheten. Material med hög värmeledningsförmåga kan eliminera behovet av vior och ge en jämnare temperaturfördelning. Det minskar också risken för lokal volymutvidgning, vilket kan leda till hotspots i närheten av högströmskomponenter.

Ett typiskt PCB för en persondator kan bestå av två kopparplan och två yttre spårskikt. Tjockleken är ca 70 um och värmeledningsförmågan är 17,4 W/mK. Resultatet är att det typiska kretskortet inte är en effektiv värmeledare.

Kopparmynt

Kopparmynt är små kopparbitar som är inbäddade i kretskortet. De placeras under den komponent som alstrar mest värme. Tack vare sin höga värmeledningsförmåga kan de överföra värmen från den heta komponenten till en kylfläns. De kan tillverkas i olika former och storlekar för att passa de önskade områdena och kan metalliseras för att säkerställa en tät anslutning.

Glas-epoxi

Problemet med värmeavledning blir allt viktigare inom elektronik. Överskottsvärme kan leda till underprestanda och tidiga fel. För närvarande är alternativen för värmeavledning begränsade, särskilt i extrema miljöer. En av lösningarna på detta problem är att använda PCB-material av glasepoxi med hög temperatur, eller HDI-PCB. Detta material kan lösa problemet genom att ha en värmeledningsförmåga som är över tvåhundra gånger bättre än FR4-komposit.

Epoxiharts av glas har utmärkt värme- och flambeständighet. Det har en hög glasövergångstemperatur och hög värmeledningsförmåga. Det kan fungera som ett isolerande skikt och ett värmeavledande skikt. Det kan tillverkas genom impregnering eller beläggning. Värmeledningsförmågan hos PCB av glasepoxi kommer att förbättra prestandan och stabiliteten hos elektroniska komponenter.

PCB med metallkärna

Tillverkare av metallkretskort har introducerat nya substrat som tål höga temperaturer. Detta gör att de selektivt kan applicera tjockare kopparskikt som har högre värmeledningsförmåga. Denna typ av PCB ger bättre värmeavledning och kan användas för fina kretsmönster och chipförpackningar med hög densitet.

Förutom att de har högre värmeledningsförmåga är PCB i metall också dimensionsstabila. Kretskort med metallkärna i aluminium har en storleksförändring på 2,5-3% vid uppvärmning, vilket gör dem idealiska för högeffektstillämpningar. Deras låga termiska expansionsegenskaper gör dem också lämpliga för hög omkopplingseffekt. Den vanligaste metallen som används för PCB med metallkärna är aluminium, som är billigt och återvinningsbart. Dess höga värmeledningsförmåga möjliggör en snabb kylningsprocess.

Ett annat problem i samband med värmeavledning är risken för överhettning. Den värme som alstras av värmealstrande komponenter måste ledas bort från kortet, annars kommer kortet inte att prestera på topp. Lyckligtvis finns det nu nya alternativ för att lösa detta problem. Metallkretskort med hög värmeledningsförmåga är en ny typ av värmelösning som kan lösa dessa problem.

FR4-substrat

PCB är skiktade strukturer av kopparfolier och glasförstärkta polymerer. De stöder och ansluter elektroniska komponenter. Kopparn skapar en ledande krets i mönsterkortet, medan glas-epoxiskiktet fungerar som ett icke-ledande substrat.

Högeffektskomponenter placeras bäst nära mitten av kretskortet, snarare än på kanterna. Detta beror på att värme ackumuleras nära kanterna och sprids ut. Värme från högeffektskomponenter bör också placeras långt från känsliga enheter, och värmen måste ledas bort genom kretskortet.

PCB-material med hög värmeledningsförmåga är den bästa lösningen för värmeavledning, vilket möjliggör snabb överföring av värme och förhindrar värmeackumulering. Högteknologiska mönsterkort använder kopparbas, aluminium eller keramik som substratmaterial. Detta löser problemen med värmeavledning och gör kretskorten mer hållbara.