Tecnología de PCB - Sobre un PCB adecuado para la resistencia a altas temperaturas

Como todos sabemos, los diseñadores están exprimiendo más rendimiento de las placas de circuito impreso. La densidad de potencia está aumentando y las altas temperaturas resultantes pueden causar graves daños a los conductores y materiales eléctricos. Tanto la pérdida de i2r como el aumento de la temperatura debido a factores ambientales pueden afectar la resistencia térmica y la resistencia eléctrica, lo que resulta en un rendimiento inestable del sistema, aunque no completamente defectuoso. Las diferencias en la tasa de expansión térmica entre el conductor y el dieléctrico (que mide la tendencia del material a expandirse y contraerse al enfriarse al calentarse) provocan tensiones mecánicas que pueden provocar grietas y fallas de conexión, especialmente cuando la placa de circuito se calienta y enfría regularmente. Si la temperatura es lo suficientemente alta, el dieléctrico puede perder por completo su integridad estructural y poner en aprietos el primer dominó.

El calor siempre ha sido un factor que afecta el rendimiento de los pcb. Los diseñadores están acostumbrados a agregar radiadores a los pcb. Sin embargo, los requisitos de diseño de alta densidad de potencia de hoy a menudo abruman las prácticas tradicionales de gestión térmica de pcb.

Reducir el impacto de las altas temperaturas no solo tiene un profundo impacto en el rendimiento y la fiabilidad de los PCB de alta temperatura, sino que también tiene un impacto en los siguientes factores:

Peso del componente (o sistema)

Tamaño de la aplicación

Gastos

Requisitos de potencia

Los PCB de alta temperatura generalmente se definen como PCB con Tg (temperatura de transición vítrea) superior a 170 ° c.

Para cargas térmicas continuas, los PCB de alta temperatura deben seguir una simple regla general a una temperatura de trabajo inferior a 25 ° C de tg.

Por lo tanto, si su producto está dentro de un rango de temperatura de 130 ° c o más, se recomienda usar materiales de alto tg.

En este artículo, discutiremos algunos métodos y tecnologías de diseño utilizadas en la fabricación de PCB de alta temperatura y pcba para ayudar a los diseñadores a hacer frente a las aplicaciones de alta temperatura.

Tecnología de disipación de calor de PCB y precauciones de diseño

El calor se disipa a través de uno o más mecanismos (radiación, convección, conducción) y el equipo de diseño debe tener en cuenta estos tres factores a la hora de decidir cómo gestionar la temperatura del sistema y los componentes.

PCB de cobre pesado

Radiación

La radiación emite energía en forma de ondas electromagnéticas. Tendemos a pensar que solo brilla, pero lo cierto es que cualquier objeto con una temperatura superior al cero absoluto disipará el calor. Aunque la disipación de calor suele tener el menor impacto en el rendimiento de la placa de circuito, a veces puede ser la gota que aplastó al camello. Para eliminar eficazmente el calor, las ondas electromagnéticas deben tener un camino relativamente claro lejos de la fuente de calor. La superficie reflectante impide la salida de fotones y reorganiza un gran número de fotones en su Fuente. Si, por desgracia, las superficies reflectantes se unen para formar un efecto espejo parabólico, concentrarán la energía de radiación de muchas fuentes de luz y la concentrarán en la parte desafortunada del sistema, causando así problemas reales.

Convección

La convección transfiere el calor al fluido (aire, agua, etc.). la convección es "natural": el fluido absorbe el calor de la fuente de calor, la densidad disminuye, sube de la fuente de calor al disipador, se enfría, la densidad aumenta y luego regresa a la fuente de calor, y luego repite el proceso. (recuerde el "ciclo de lluvia" en la escuela primaria) otras convecciones son "forzadas" por ventiladores o bombas de agua. Los factores clave que afectan la convección son la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el refrigerante, la dificultad de la transferencia de calor de la fuente de calor, la dificultad de la absorción de calor por el refrigerante, el flujo del refrigerante y la superficie de transferencia de calor. Los líquidos absorben calor más fácilmente que los gases.

Conductividad eléctrica

La conducción es la transmisión de calor a través del contacto directo entre la fuente de calor y el disipador de calor. En muchos aspectos, es similar a la corriente eléctrica: la diferencia de temperatura entre la fuente y el sumidero es similar a la tensión, el calor transmitido por unidad de tiempo es similar al número de amperios, y la facilidad con la que el calor fluye a través del conductor térmico es similar a la corriente eléctrica. Conductividad eléctrica. De hecho, los factores que componen un buen conductor eléctrico a menudo también constituyen un buen conductor térmico, ya que todos representan la forma de movimiento Molecular o atómico. Por ejemplo, el cobre y el aluminio son excelentes conductores térmicos y eléctricos. La mayor sección transversal del conductor puede aumentar la conductividad térmica del calor y los electrones. Al igual que los circuitos eléctricos, las largas y tortuosas rutas de flujo pueden reducir seriamente la eficiencia de los conductores.

Por lo general, el principal mecanismo para eliminar el calor de la placa de circuito es conducir el calor al disipador de calor adecuado, mientras que la convección conduce el calor al medio ambiente. El calor irradia algo de calor directamente de la fuente de calor, pero la mayor parte del calor se suele quitar a través de canales especialmente diseñados, conocidos como "canales de calor" o "canales de calor". Los radiadores de PCB son relativamente grandes y tienen superficies de alta emisividad (generalmente onduladas o aletas para aumentar aún más la superficie), combinadas con un soporte conductor (como cobre o aluminio), un proceso intensivo en mano de obra. Los radiadores de PCB también se pueden conectar al Gabinete del dispositivo para aprovechar su superficie. Los ventiladores se utilizan generalmente para proporcionar flujo de aire de refrigeración. En casos extremos, el aire de enfriamiento en sí se puede enfriar en un intercambiador de calor Gas - líquido.