Trattamento di dissipazione del calore per il gruppo PCB del substrato di alluminio

Strategie di gestione termica per l'assemblaggio PCB in alluminio

I PCB in alluminio sono ampiamente utilizzati in applicazioni ad alta potenza come l'illuminazione a LED, l'elettronica automobilistica e gli alimentatori a causa della loro eccellente conducibilità termica e rigidità strutturale. Tuttavia, un'efficace dissipazione del calore durante l'assemblaggio richiede un'attenta considerazione delle interazioni dei materiali, del posizionamento dei componenti e della progettazione dell'interfaccia termica per prevenire il surriscaldamento e garantire l'affidabilità a lungo termine.

Ottimizzazione della selezione e spessore dello strato dielettrico
Lo strato dielettrico nei PCB in alluminio funge da isolante elettrico, facilitando il trasferimento di calore tra le tracce di rame e la base di alluminio. La sua conduttività termica influisce direttamente sull'efficienza complessiva di dissipazione del calore. Gli strati dielettrici più sottili con elevati materiali di conducibilità termica, come i polimeri pieni di ceramica, sono preferiti per ridurre al minimo la resistenza termica.

Tuttavia, la riduzione dello spessore può compromettere la resistenza all'isolamento elettrico o l'adesione meccanica. I produttori devono bilanciare questi fattori selezionando materiali dielettrici che soddisfano i requisiti di isolamento termico e di tensione per l'applicazione. Ad esempio, i progetti ad alta tensione possono richiedere strati più spessi con proprietà dielettriche migliorate, anche se ciò riduce leggermente le prestazioni termiche.

La rugosità superficiale dello strato dielettrico influenza anche il contatto termico. Una finitura regolare migliora l'adesione ai materiali di interfaccia termica (TIM) o componenti, riducendo le lacune dell'aria interfacciale che fungono da barriere termiche. I trattamenti post-laminazione come l'attacco al plasma possono migliorare la consistenza superficiale per migliorare la bagnatura TIM senza sacrificare l'isolamento.

Il miglioramento dell'applicazione del materiale di interfaccia termica
TIM svolge un ruolo fondamentale nel colmare le lacune microscopiche tra i componenti e il substrato di alluminio, garantendo un flusso di calore efficiente. La scelta di TIM, sia per il grasso termico, i materiali di cambiamento di fase o i pad di gap, dipende dalla complessità dell'assembly, dalla rielaborabilità e dai requisiti di conducibilità termica.

Per i componenti con superfici irregolari, come transistor di potenza o MOSFET, distribuire una quantità controllata di grasso termico garantisce una copertura uniforme. I sistemi di erogazione automatizzati con allineamento della visione aiutano a mantenere la coerenza, prevenendo vuoti o materiale in eccesso che potrebbe ridurre le prestazioni. I materiali di cambiamento di fase, che si solidificano durante il raffreddamento per formare uno strato sottile e conforme, sono ideali per applicazioni che richiedono stabilità a lungo termine in ciclo termico.

I pad Gap, pur più facili da applicare, richiedono un taglio preciso per abbinare le impronte dei componenti. I bordi sporgenti possono creare hotspot o interferire con le parti adiacenti, mentre la copertura insufficiente lascia spazi aria. L'uso di cuscinetti pre-taglio o strumenti di taglio laser migliora la precisione, in particolare per i design ad alta densità.

Il posizionamento dei componenti di progettazione dei componenti strategici e la progettazione del layout
influisce significativamente sulla distribuzione termica attraverso il PCB in alluminio-core. I componenti di generazione di calcoli elevati, come processori o diodi, dovrebbero essere posizionati vicino al centro della base di alluminio, dove il calore può diffondersi uniformemente ai bordi. Evita di raggruppare queste parti vicino ai bordi o agli angoli, che possono fungere da colli di bottiglia termici.

VIA termica sotto i componenti migliorano il trasferimento di calore verticale allo strato di alluminio. Per gli SMD, il posizionamento di VIA direttamente sotto i pad o l'utilizzo di design Via-in-Pad riduce la resistenza termica. Tuttavia, tramite quantità e dimensioni devono bilanciare le esigenze termiche con le prestazioni elettriche, poiché VIA eccessiva può aumentare la capacità parassita o complicare il routing.

Nei PCB in alluminio multistrato, i piani di rame interni possono distribuire ulteriormente il calore in orizzontale. I progettisti dovrebbero allocare gli strati termici dedicati e assicurarsi che si colleghino ai componenti che generano calore attraverso percorsi a bassa resistenza. Gli strumenti di simulazione aiutano a prevedere i gradienti termici e ottimizzare i layout prima della prototipazione, riducendo le iterazioni di prova ed errori.

Tecniche di raffreddamento avanzate per applicazioni ad alta potenza
per applicazioni che superano le capacità standard in alluminio, i metodi di raffreddamento supplementari possono essere integrati durante l'assemblaggio. I tubi di calore incorporati o le camere di vapore all'interno del substrato di alluminio migliorano la diffusione del calore laterale, consentendo densità di potenza più elevate senza surriscaldamento localizzato. Queste caratteristiche richiedono un'integrazione precisa durante la produzione di substrati ma offrono significativi guadagni di prestazioni.

Le soluzioni di raffreddamento esterno, come dissipatore di calore o convezione all'aria forzata, possono anche essere collegate alla base di alluminio. Gli elementi di fissaggio meccanici o adesivi termici garantiscono un contatto sicuro, mentre i trattamenti superficiali come l'anodizzazione migliorano l'efficienza delle radiazioni. Quando si utilizzano adesivi, la selezione di materiali con alta conducibilità termica e compatibilità con l'alluminio impedisce il degrado nel tempo.

In ambienti chiusi, dirigere il flusso d'aria sulla superficie dell'alluminio usando ventilatori o condotti migliora il raffreddamento convettivo. I progettisti dovrebbero considerare i modelli di flusso d'aria durante il posizionamento dei componenti, evitando ostacoli che potrebbero creare flusso turbolento o zone morte. La combinazione di strategie di conduzione, convezione e radiazioni garantisce una gestione termica globale in condizioni impegnative.

Affrontando questi aspetti, dall'ottimizzazione degli strati dielettrici all'integrazione avanzata del raffreddamento, i produttori possono massimizzare le prestazioni termiche dei PCB in alluminio, garantendo l'affidabilità nelle applicazioni ad alta potenza mantenendo i processi di montaggio economici.