Strategie zarządzania termicznego dla zespołu PCB z rdzeniem aluminiowym
PCB z rdzenia aluminiowego są szeroko stosowane w zastosowaniach o dużej mocy, takich jak oświetlenie LED, elektronika samochodowa i zasilacze ze względu na ich doskonałą przewodność cieplną i sztywność strukturalną. Jednak skuteczne rozpraszanie ciepła podczas montażu wymaga starannego rozważenia interakcji materiałowych, umieszczania komponentów i projektowania interfejsu termicznego, aby zapobiec przegrzaniu i zapewnienia długoterminowej niezawodności.
Optymalizacja wyboru i grubości warstwy dielektrycznej
Warstwa dielektryczna w pCB z rdzenia aluminium służy jako izolator elektryczny, jednocześnie ułatwiając przenoszenie ciepła między śladami miedzi a podstawą aluminiową. Jego przewodność cieplna bezpośrednio wpływa na ogólną wydajność rozpraszania ciepła. Wolej są cieńsze warstwy dielektryczne o wysokich materiałach przewodności cieplnej, takich jak polimery wypełnione ceramicznie, aby zminimalizować oporność cieplną.
Jednak zmniejszenie grubości może zagrozić wytrzymałości izolacji elektrycznej lub adhezji mechanicznej. Producenci muszą zrównoważyć te czynniki, wybierając materiały dielektryczne, które spełniają wymagania dotyczące izolacji termicznej i napięcia dla zastosowania. Na przykład konstrukcje wysokiego napięcia mogą wymagać grubszych warstw o zwiększonych właściwości dielektrycznych, nawet jeśli nieznacznie zmniejsza to wydajność termiczną.
Chropowatość powierzchni warstwy dielektrycznej wpływa również na kontakt termiczny. Gładkie wykończenie poprawia przyczepność do materiałów termicznych (TIMS) lub komponentów, zmniejszając międzyfazowe szczeliny powietrza, które działają jako bariery termiczne. Zabiegi po laminowaniu, takie jak trawienie w osoczu, mogą zwiększyć teksturę powierzchni w celu poprawy zwilżania Tima bez poświęcania izolacji.
Zwiększanie zastosowania materiałów termicznych
Tims odgrywają kluczową rolę w mostkowaniu mikroskopijnych przerw między komponentami a substratem aluminiowym, zapewniając wydajny przepływ ciepła. Wybór Tima-niezależnie od smaru termicznego, materiałów zmiany faz lub podkładek szczeliny-zależy od złożoności montażu, przeróbki i wymagań przewodności cieplnej.
W przypadku komponentów o nierównych powierzchniach, takich jak tranzystory mocy lub MOSFET, wydawanie kontrolowanej ilości tłuszczu termicznego zapewnia jednolite pokrycie. Zautomatyzowane systemy dozowania z wyrównaniem widzenia pomagają zachować spójność, zapobiegając pustkom lub nadmiarowi materiału, które mogą zmniejszyć wydajność. Materiały zmiany faz, które zestalają się podczas chłodzenia w celu utworzenia cienkiej, zgodnej warstwy, są idealne do zastosowań wymagających długoterminowej stabilności w ramach cyklu termicznego.
Podkładki szczelinowe, choć łatwiejsze do zastosowania, wymagają precyzyjnego cięcia w celu dopasowania śladów komponentów. Zwrotowe krawędzie mogą tworzyć hotspoty lub zakłócać sąsiednie części, a niewystarczające pokrycie pozostawia szczeliny powietrzne. Korzystanie z wstępnie wyciętych podkładek lub narzędzi do cięcia laserowego poprawia dokładność, szczególnie do projektów o dużej gęstości.
Strategiczne umieszczanie komponentów i projektowanie układu
znacząco wpływa na rozkład cieplny na płytce aluminiowej. Komponenty generujące o wysokim ogrzewaniu, takie jak procesory lub diody, powinny być umieszczone w pobliżu środka bazy aluminiowej, gdzie ciepło może rozprzestrzeniać się równomiernie na krawędzie. Unikaj grupowania tych części w pobliżu krawędzi lub zakątków, które mogą działać jako wąskie gardła.
TERMICZNE WIAN pod komponentami zwiększają pionowe przenoszenie ciepła do warstwy aluminiowej. W przypadku SMD umieszczanie przelotek bezpośrednio pod podkładkami lub stosowanie wzorów Via-in-Pad zmniejsza opór cieplny. Jednak poprzez ilość i wielkość muszą równoważyć potrzeby termiczne z wydajnością elektryczną, ponieważ nadmierne przelotki mogą zwiększyć pojemność pasożytniczą lub skomplikować routing.
W wielowarstwowych aluminiowych płytach PCB wewnętrzne miedziane płaszczyzny mogą dodatkowo rozpowszechniać ciepło w poziomie. Projektanci powinni przydzielić dedykowane warstwy termiczne i upewnić się, że łączą się z komponentami generującymi ciepło ścieżkami o niskiej oporności. Narzędzia symulacyjne pomagają przewidzieć gradienty termiczne i optymalizować układy przed prototypowaniem, zmniejszając iteracje prób i błędów.
Zaawansowane techniki chłodzenia dla zastosowań o dużej mocy
do zastosowań przekraczających standardowe możliwości rdzenia aluminium, dodatkowe metody chłodzenia można zintegrować podczas montażu. Wbudowane rury cieplne lub komory pary w podłożu aluminiowym zwiększają boczne rozprzestrzenianie się ciepła, umożliwiając gęstość większej mocy bez zlokalizowanego przegrzania. Funkcje te wymagają precyzyjnej integracji podczas produkcji podłoża, ale oferują znaczny wzrost wydajności.
Zewnętrzne roztwory chłodzenia, takie jak ciepła lub konwekcja na wyprawy powietrza, mogą być również przymocowane do bazy aluminiowej. Mechaniczne elementy mocujące lub kleje termiczne zapewniają bezpieczny kontakt, podczas gdy obróbka powierzchniowa, takie jak anodalizacja, poprawiają wydajność promieniowania. Podczas korzystania z klejów wybór materiałów o wysokiej przewodności cieplnej i kompatybilności z aluminium zapobiega degradacji w czasie.
W zamkniętych środowiskach kierowanie przepływem powietrza przez powierzchnię aluminium za pomocą wentylatorów lub kanałów poprawia chłodzenie konwekcyjne. Projektanci powinni rozważyć wzorce przepływu powietrza podczas umieszczania komponentów, unikając niedrożności, które mogą powodować przepływ turbulentny lub strefy martwych. Łączenie strategii przewodnictwa, konwekcji i promieniowania zapewnia kompleksowe zarządzanie termicznie w wymagających warunkach.
Zajmując się tymi aspektami-od optymalizacji warstwy dielektrycznej po zaawansowaną integrację chłodzenia-producenci mogą zmaksymalizować wydajność termiczną PCB z rdzenia aluminium, zapewniając niezawodność w zastosowaniach o dużej mocy przy jednoczesnym utrzymaniu opłacalnych procesów montażu.
