Technologie PCB - À propos d'un PCB adapté aux températures élevées

Les concepteurs sont connus pour Extruder plus de performance des cartes de circuits imprimés. La densité de puissance augmente et les températures élevées qui en découlent peuvent causer de graves dommages aux conducteurs et aux diélectriques. L'augmentation de la température, qu'elle soit due à des pertes i2r ou à des facteurs environnementaux, peut affecter la résistance thermique et l'impédance électrique, ce qui entraîne des performances instables du système, même si elles ne sont pas complètement défaillantes. La différence de taux de dilatation thermique entre le conducteur et le diélectrique, qui mesure la tendance d'un matériau à se dilater lorsqu'il est chauffé et à se contracter lorsqu'il est refroidi, entraîne des contraintes mécaniques pouvant entraîner des fissures et des défauts de connexion, en particulier lorsque la carte est chauffée et refroidie régulièrement. Si la température est suffisamment élevée, le diélectrique peut perdre complètement son intégrité structurelle, laissant le premier Domino en difficulté.

La chaleur a toujours été un facteur qui affecte les performances des PCB. Les concepteurs sont habitués à inclure des radiateurs dans les PCB. Cependant, les exigences actuelles en matière de conception à haute densité de puissance ont tendance à surpasser les pratiques traditionnelles de gestion thermique des PCB.

L'atténuation des effets des températures élevées a un impact profond non seulement sur les performances et la fiabilité des PCB à haute température, mais également sur les facteurs suivants:

Poids du composant (ou du système)

Taille de l'application

Coût

Exigences de puissance

Les PCB haute température sont généralement définis comme des PCB dont la Tg (température de transition vitreuse) est supérieure à 170°c.

Pour les charges thermiques continues, à des températures de fonctionnement inférieures à 25 ° C TG, les PCB haute température doivent suivre une règle empirique simple.

Par conséquent, si votre produit est dans une plage de température de 130 ° C ou plus, il est recommandé d'utiliser un matériau à haute TG.

Dans cet article, nous allons discuter de certaines des méthodes de conception et des techniques utilisées dans la fabrication de PCB à haute température et PCBA pour aider les concepteurs à faire face aux applications à haute température.

Technologie de dissipation thermique PCB et considérations de conception

La chaleur est dissipée par un ou plusieurs mécanismes (rayonnement, convection, conduction) et l’équipe de conception doit tenir compte de ces trois facteurs lorsqu’elle décide de la façon de gérer la température du système et des composants.

PCB de cuivre lourd

Rayonnement

Le rayonnement est l'émission d'énergie sous forme d'ondes électromagnétiques. Nous avons tendance à penser qu'il ne fera que briller, mais la vérité est que tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu dissipera la chaleur. Bien que la dissipation de chaleur ait généralement un impact minimal sur les performances de la carte, elle peut parfois être la paille qui écrase le chameau. Pour éliminer efficacement la chaleur, les ondes électromagnétiques doivent avoir un chemin relativement clair loin de la source de chaleur. La surface réfléchissante bloque l'écoulement des photons et recombine un grand nombre de photons à leur source. Si, malheureusement, les surfaces réfléchissantes forment ensemble un effet miroir parabolique, elles concentreront l'énergie rayonnante de nombreuses sources lumineuses et la concentreront dans la partie malheureuse du système, créant ainsi un réel problème.

Convection

La convection transfère la chaleur au fluide (air, eau, etc.). La convection est « naturelle »: le fluide absorbe la chaleur de la source de chaleur, diminue la densité, monte de la source de chaleur au radiateur, refroidit, augmente la densité, puis retourne à la source de chaleur, puis répète le processus. (rappelez - vous le « cycle de pluie» à l'école primaire) d'autres convections sont « forcées» par des ventilateurs ou des pompes à eau. Les facteurs clés influençant la convection sont la différence de température entre la source de chaleur et le fluide de refroidissement, la difficulté de transfert de chaleur par la source de chaleur, la difficulté d'absorption de chaleur par le fluide de refroidissement, le débit du liquide de refroidissement et la surface de transfert de chaleur. Les liquides absorbent la chaleur plus facilement que les gaz.

Conductivité électrique

La conduction est le transfert de chaleur par contact direct entre une source de chaleur et un radiateur. À bien des égards, il est similaire au courant électrique: la différence de température entre la source et le puits est similaire à la tension, la chaleur transférée par unité de temps est similaire à l'ampère, et la facilité avec laquelle la chaleur circule à travers les conducteurs thermiques est similaire à celle du courant électrique. Conductivité électrique. En effet, les facteurs qui constituent un bon conducteur électrique ont tendance à constituer également un bon conducteur thermique, car ils représentent tous une forme de mouvement moléculaire ou atomique. Par exemple, le cuivre et l'aluminium sont d'excellents conducteurs thermiques et électriques. Une plus grande section de conducteur peut augmenter la conductivité thermique et électronique. Tout comme un circuit électrique, un long chemin d'écoulement sinueux peut sérieusement réduire l'efficacité d'un conducteur.

En règle générale, le mécanisme principal pour enlever la chaleur de la carte est de conduire la chaleur à un radiateur approprié, tandis que la convection conduit la chaleur à l'environnement. La chaleur rayonne une partie de la chaleur directement à partir de la source de chaleur, mais la majeure partie de la chaleur est généralement évacuée par des canaux spécialement conçus, appelés « canaux thermiques» ou « canaux thermiques». Les Dissipateurs de chaleur PCB sont relativement grands et ont une surface hautement émissive (généralement ondulée ou ailetée pour augmenter encore la surface) combinée à un support conducteur (comme le cuivre ou l'aluminium), ce qui est un processus intensif en main - d'œuvre. Les radiateurs PCB peuvent également être connectés au châssis de l'appareil pour utiliser sa surface. Les ventilateurs sont généralement utilisés pour fournir un flux d'air de refroidissement. Dans des cas extrêmes, l'air de refroidissement peut lui - même être refroidi dans un échangeur de chaleur gaz - liquide.