Strategie tepelného řízení pro sestavu PCB z hliníku
PCB z hliníku se široce používají ve vysoce výkonných aplikacích, jako je LED osvětlení, automobilová elektronika a napájecí zdroje kvůli jejich vynikající tepelné vodivosti a strukturální rigiditě. Efektivní rozptyl tepla během sestavení však vyžaduje pečlivé zvážení interakcí materiálu, umístění komponent a návrhu tepelného rozhraní, aby se zabránilo přehřátí a zajistilo dlouhodobé spolehlivosti.
Optimalizace výběru a tloušťky dielektrické vrstvy
Dielektrická vrstva v PCB z hliníku slouží jako elektrický izolátor a usnadňuje přenos tepla mezi měděnými stopami a hliníkovým základem. Jeho tepelná vodivost přímo ovlivňuje celkovou účinnost rozptylu tepla. Ředinské dielektrické vrstvy s materiály s vysokou tepelnou vodivostí, jako jsou polymery naplněné keramicky, jsou preferovány, aby se minimalizovaly tepelné odolnosti.
Snížení tloušťky však může ohrozit sílu elektrické izolace nebo mechanickou adhezi. Výrobci musí tyto faktory vyvážit výběrem dielektrických materiálů, které splňují požadavky na izolaci tepelné i napětí pro aplikaci. Například návrhy s vysokým napětím mohou vyžadovat silnější vrstvy se zvýšenými dielektrickými vlastnostmi, i když to mírně snižuje tepelný výkon.
Povrchová drsnost dielektrické vrstvy také ovlivňuje tepelný kontakt. Hladká povrchová úprava zlepšuje adhezi na materiály tepelného rozhraní (TIMS) nebo komponenty a snižuje mezery v rozhraní vzduchu, které působí jako tepelné bariéry. Ošetření po laminaci, jako je leptání v plazmě, může zvýšit povrchovou texturu, aby se zlepšila smáčení TIM bez obětování izolace.
Zvýšení aplikace tepelného rozhraní materiálu
TIMS hrají rozhodující roli při přemostění mikroskopických mezer mezi komponenty a hliníkovým substrátem, což zajišťuje účinný tepelný tok. Volba TIM-zda tepelné tukové mazivo, materiály změny fáze nebo mezery-závisí na složitosti montáže, přepracovatelnosti a požadavků na tepelnou vodivost.
U komponent s nerovnými povrchy, jako jsou například energetické tranzistory nebo MOSFETS, zajišťuje vydávání kontrolovaného množství tepelného tuku jednotného pokrytí. Automatizované výdejní systémy s vyrovnáním vidění pomáhají udržovat konzistenci, zabránit dutin nebo přebytečným materiálu, který by mohl snížit výkon. Materiály změny fáze, které se během chlazení ztuhnou za vzniku tenké, kompatibilní vrstvy, jsou ideální pro aplikace vyžadující dlouhodobou stabilitu při tepelném cyklování.
Podložky mezer, i když je snadněji použitelné, vyžadují přesné řezání, aby odpovídaly stopám komponent. Převislé hrany mohou vytvářet hotspoty nebo zasahovat do sousedních částí, zatímco nedostatečné pokrytí zanechává mezery ve vzduchu. Použití předběžných podložek nebo nástrojů pro řezání laseru zvyšuje přesnost, zejména pro návrhy s vysokou hustotou.
Umístění konstrukce strategické komponenty a
umístění konstrukce rozvržení významně ovlivňuje tepelné rozdělení napříč PCB z hliníku. Komponenty s vysokou generací, jako jsou procesory nebo diody, by měly být umístěny poblíž středu hliníkové základny, kde se teplo může rovnoměrně šířit k okrajům. Vyvarujte se shlukování těchto částí poblíž okrajů desky nebo rohů, které mohou působit jako tepelná úzká místa.
Tepelné průchody pod komponenty zvyšují přenos vertikálního tepla do hliníkové vrstvy. U SMDS, umístění průchodů přímo pod podložky nebo použití vzorů via-in-PAD snižuje tepelný odpor. Avšak prostřednictvím množství a velikosti musí vyrovnat tepelné potřeby s elektrickým výkonem, protože nadměrné průchody mohou zvýšit parazitickou kapacitu nebo komplikovat směrování.
Ve vícevrstvých hliníkových PCB mohou vnitřní měděné roviny dále distribuovat teplo vodorovně. Návrháři by měli přidělit vyhrazené tepelné vrstvy a zajistit, aby se připojily k komponentám generujícím teplu prostřednictvím cest s nízkou rezistencí. Simulační nástroje pomáhají předpovídat tepelné gradienty a optimalizovat rozvržení před prototypem, čímž se snižují iterace pokusů a omylu.
Pokročilé chladicí techniky pro vysoce výkonné aplikace
pro aplikace přesahující standardní schopnosti hliníkového jádra mohou být během sestavení integrovány metody doplňkového chlazení. Zabudované tepelné potrubí nebo parní komory v hliníkovém substrátu zvyšují postranní rozpadající se teplu, což umožňuje vyšší hustoty energie bez lokalizovaného přehřátí. Tyto funkce vyžadují přesnou integraci během výroby substrátu, ale nabízejí významné zisky.
K hliníkové základně mohou být také připojeny externí roztoky chlazení, jako jsou chladiče nebo konvekce nuceného vzduchu. Mechanické upevňovací prvky nebo tepelná lepidla zajišťují bezpečný kontakt, zatímco ošetření povrchu, jako je anodizace, zvyšují účinnost záření. Při použití lepidel zabraňuje výběr materiálů s vysokou tepelnou vodivostí a kompatibilitou s hliníkem v průběhu času degradaci.
V uzavřeném prostředí zlepšuje směr proudění vzduchu přes povrch hliníku pomocí ventilátorů nebo potrubí konvekční chlazení. Návrháři by měli zvážit vzorce proudění vzduchu během umístění komponent a vyhnout se překážkám, které by mohly vytvářet turbulentní tok nebo mrtvé zóny. Kombinace strategií vedení, konvekce a radiace zajišťuje komplexní tepelné řízení v náročných podmínkách.
Řešením těchto aspektů-od optimalizace dielektrické vrstvy po pokročilou integraci chlazení-mohou manulimalizovat tepelný výkon PCB z hliníku a zajistit spolehlivost ve vysoce výkonných aplikacích při zachování nákladově efektivních sestavovacích procesů.
