アルミニウムコアPCBアセンブリの熱管理戦略
アルミニウムコアPCBは、優れた熱伝導率と構造的剛性により、LED照明、自動車電子機器、電源などの高出力アプリケーションで広く使用されています。ただし、組み立て中の効果的な熱散逸には、材料の相互作用、成分配置、および熱界面設計を慎重に検討する必要があります。
誘電層の選択と厚さの最適化
アルミニウムコアPCBの誘電体層は、銅の痕跡とアルミニウムベースの間の熱伝達を促進しながら、電気絶縁体として機能します。その熱伝導率は、全体的な熱散逸効率に直接影響します。熱抵抗を最小限に抑えるために、セラミックで満たされたポリマーなどの熱伝導率が高い薄い誘電層が好ましい。
ただし、厚さを減らすと、電気断熱強度や機械的接着が損なわれる可能性があります。製造業者は、アプリケーションの熱および電圧分離要件の両方を満たす誘電体材料を選択することにより、これらの要因のバランスをとる必要があります。たとえば、高電圧設計では、たとえこれが熱性能をわずかに低下させる場合でも、誘電特性を強化する厚い層が必要になる場合があります。
誘電層の表面粗さは、熱接触にも影響します。滑らかな仕上げにより、熱界面材料（TIMS）またはコンポーネントへの接着が改善され、熱障壁として機能する界面空気の隙間が減少します。プラズマエッチングのような距離後の治療は、表面のテクスチャを強化して、断熱を犠牲にすることなくティム湿潤を改善することができます。
熱界面材料アプリケーションの強化
TIMは、成分とアルミニウム基板間の顕微鏡ギャップを橋渡しする上で重要な役割を果たし、効率的な熱流を確保します。熱グリース、位相変化材料、またはギャップパッドであれ、TIMの選択は、アセンブリの複雑さ、再作業可能性、熱伝導性要件に依存します。
電源トランジスタやMOSFETなどの不均一な表面のコンポーネントの場合、制御された量の熱グリースを分配することで、均一なカバレッジが保証されます。視力アライメントを備えた自動分配システムは、一貫性を維持し、パフォーマンスを低下させる可能性のあるボイドまたは過剰な材料を防止します。冷却中に固化して薄くて準拠した層を形成する位相変化材料は、熱サイクリングの下で長期的な安定性を必要とするアプリケーションに理想的です。
ギャップパッドは、適用しやすいですが、コンポーネントのフットプリントに合わせて正確な切断が必要です。張り出したエッジは、ホットスポットを作成したり、隣接する部品を妨害したりすると、カバレッジが不十分な場合は空気の隙間が残ります。プレカットパッドまたはレーザーカットツールを使用すると、特に高密度設計の精度が向上します。
戦略的コンポーネントの配置とレイアウト設計
コンポーネントの配置は、アルミニウムコアPCB全体の熱分布に大きく影響します。プロセッサやダイオードなどの高熱生成コンポーネントは、熱が均一に端に広がるアルミニウムベースの中心の近くに配置する必要があります。これらの部品がボードの縁やコーナーの近くにクラスタリングしないでください。これは、熱ボトルネックとして機能する可能性があります。
コンポーネントの下の熱バイアは、アルミニウム層への垂直熱伝達を促進します。 SMDの場合、VIAをパッドの下に直接配置するか、パッド内の設計を使用すると、熱抵抗が減少します。ただし、数量とサイズを介して、熱ニーズと電気性能のバランスをとる必要があります。これは、過剰なVIAが寄生容量を増加させるか、ルーティングを複雑にする可能性があるためです。
多層アルミニウムPCBでは、内部銅面は水平にさらに熱を分布させることができます。設計者は、専用の熱層を割り当て、低耐性パスを介して熱生成コンポーネントに接続することを確認する必要があります。シミュレーションツールは、プロトタイプ化の前に熱勾配を予測し、レイアウトを最適化し、試行錯誤の反復を削減するのに役立ちます。
用の高出力アプリケーション用の高度な冷却技術では、補足冷却方法をアセンブリ中に統合できます。
標準的なアルミニウムコア機能を超えるアプリケーションアルミニウム基板内の埋め込み熱パイプまたは蒸気チャンバーは、横方向の熱拡散を促進し、局所的な過熱せずにより高い出力密度を可能にします。これらの機能は、基板製造中に正確な統合を必要としますが、大幅なパフォーマンスの向上を提供します。
ヒートシンクや強制航空対流などの外部冷却ソリューションも、アルミニウムベースに取り付けることができます。機械的な留め具または熱接着剤は安全な接触を保証し、陽極酸化のような表面処理は放射線効率を改善します。接着剤を使用する場合、高い熱伝導率とアルミニウムとの互換性のある材料を選択すると、時間の経過とともに分解が防止されます。
囲まれた環境では、ファンまたはダクトを使用してアルミニウム表面にエアフローを向けることで、対流冷却が改善されます。設計者は、コンポーネントの配置中に気流パターンを検討し、乱流またはデッドゾーンを作成する可能性のある閉塞を避ける必要があります。伝導、対流、および放射線戦略を組み合わせることで、要求の厳しい条件における包括的な熱管理が保証されます。
誘電層の最適化から高度な冷却統合までのこれらの側面に対処することにより、製造業者はアルミニウムコアPCBの熱性能を最大化し、費用対効果の高いアセンブリプロセスを維持しながら高出力アプリケーションの信頼性を確保できます。
