Điều trị tản nhiệt cho lắp ráp PCB bằng nhôm

Chiến lược quản lý nhiệt cho lắp ráp PCB lõi nhôm

Các PCB gốc nhôm được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công suất cao như chiếu sáng LED, thiết bị điện tử ô tô và nguồn cung cấp năng lượng do độ dẫn nhiệt tuyệt vời và độ cứng cấu trúc của chúng. Tuy nhiên, sự phân tán nhiệt hiệu quả trong quá trình lắp ráp đòi hỏi phải xem xét cẩn thận các tương tác vật liệu, vị trí thành phần và thiết kế giao diện nhiệt để ngăn ngừa quá nhiệt và đảm bảo độ tin cậy lâu dài.

Tối ưu hóa lựa chọn lớp điện môi và độ dày
lớp điện môi trong PCB gốc nhôm đóng vai trò là chất cách điện trong khi tạo điều kiện truyền nhiệt giữa các dấu vết đồng và đế nhôm. Độ dẫn nhiệt của nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả tản nhiệt tổng thể. Các lớp điện môi mỏng hơn với vật liệu dẫn nhiệt cao, chẳng hạn như polyme chứa đầy gốm, được ưu tiên để giảm thiểu điện trở nhiệt.

Tuy nhiên, việc giảm độ dày có thể làm tổn hại đến cường độ cách nhiệt hoặc độ bám dính cơ học. Các nhà sản xuất phải cân bằng các yếu tố này bằng cách chọn vật liệu điện môi đáp ứng cả các yêu cầu cách ly nhiệt và điện áp cho ứng dụng. Ví dụ, các thiết kế điện áp cao có thể yêu cầu các lớp dày hơn với các đặc tính điện môi nâng cao, ngay cả khi điều này làm giảm hiệu suất nhiệt một chút.

Độ nhám bề mặt của lớp điện môi cũng ảnh hưởng đến tiếp xúc nhiệt. Một kết thúc trơn tru cải thiện độ bám dính với vật liệu giao diện nhiệt (TIMS) hoặc các thành phần, làm giảm các khoảng trống không khí giao thoa hoạt động như các rào cản nhiệt. Các phương pháp điều trị sau khi lặp lại như khắc huyết tương có thể tăng cường kết cấu bề mặt để cải thiện việc làm ướt Tim mà không phải hy sinh cách nhiệt.

Tăng cường ứng dụng vật liệu giao diện nhiệt,
Tims đóng một vai trò quan trọng trong việc bắc cầu các khoảng trống siêu nhỏ giữa các thành phần và chất nền nhôm, đảm bảo lưu lượng nhiệt hiệu quả. Sự lựa chọn của Tim, cho dù mỡ nhiệt, vật liệu thay đổi pha hay miếng đệm khoảng cách phụ thuộc vào độ phức tạp lắp ráp, khả năng làm lại và yêu cầu độ dẫn nhiệt.

Đối với các thành phần có bề mặt không bằng phẳng, chẳng hạn như bóng bán dẫn điện hoặc MOSFET, phân phối một lượng dầu mỡ được kiểm soát đảm bảo độ che phủ đồng đều. Các hệ thống phân phối tự động với sự liên kết tầm nhìn giúp duy trì tính nhất quán, ngăn chặn các khoảng trống hoặc vật liệu dư thừa có thể làm giảm hiệu suất. Các vật liệu thay đổi pha, củng cố trong quá trình làm mát để tạo thành một lớp mỏng, tuân thủ, là lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi sự ổn định lâu dài khi đạp xe nhiệt.

Khoảng cách, trong khi dễ áp ​​dụng hơn, yêu cầu cắt chính xác để phù hợp với dấu chân thành phần. Các cạnh nhô ra có thể tạo ra các điểm nóng hoặc can thiệp vào các bộ phận liền kề, trong khi không đủ độ che phủ để lại các khoảng trống không khí. Sử dụng miếng đệm cắt sẵn hoặc công cụ cắt laser cải thiện độ chính xác, đặc biệt là đối với các thiết kế mật độ cao.

Vị trí thành phần chiến lược và
vị trí thành phần thiết kế bố cục ảnh hưởng đáng kể đến phân phối nhiệt trên PCB lõi nhôm. Các thành phần tạo nhiệt cao, chẳng hạn như bộ xử lý hoặc điốt, nên được định vị gần trung tâm của cơ sở nhôm, nơi nhiệt có thể lan truyền đồng đều đến các cạnh. Tránh phân cụm các phần này gần các cạnh hoặc góc, có thể hoạt động như tắc nghẽn nhiệt.

Vias nhiệt bên dưới các thành phần tăng cường truyền nhiệt thẳng đứng sang lớp nhôm. Đối với SMD, việc đặt VIAS trực tiếp dưới các miếng đệm hoặc sử dụng các thiết kế thông qua pad làm giảm điện trở nhiệt. Tuy nhiên, thông qua số lượng và kích thước phải cân bằng nhu cầu nhiệt với hiệu suất điện, vì VIAS quá mức có thể làm tăng điện dung ký sinh hoặc làm phức tạp định tuyến.

Trong các PCB nhôm nhiều lớp, các mặt phẳng đồng bên trong có thể phân phối nhiệt theo chiều ngang. Các nhà thiết kế nên phân bổ các lớp nhiệt chuyên dụng và đảm bảo chúng kết nối với các thành phần tạo nhiệt thông qua các đường dẫn nhiệt độ thấp. Các công cụ mô phỏng giúp dự đoán độ dốc nhiệt và tối ưu hóa bố cục trước khi tạo mẫu, giảm các lần lặp thử và lỗi.

Các kỹ thuật làm mát nâng cao cho các ứng dụng công suất cao
cho các ứng dụng vượt quá khả năng lõi nhôm tiêu chuẩn, phương pháp làm mát bổ sung có thể được tích hợp trong quá trình lắp ráp. Các ống nhiệt nhúng hoặc buồng hơi trong chất nền nhôm tăng cường sự lan truyền nhiệt bên, cho phép mật độ công suất cao hơn mà không cần quá nhiệt. Những tính năng này đòi hỏi sự tích hợp chính xác trong quá trình sản xuất chất nền nhưng cung cấp mức tăng hiệu suất đáng kể.

Các giải pháp làm mát bên ngoài, chẳng hạn như tản nhiệt hoặc đối lưu không khí bắt buộc, cũng có thể được gắn vào đế nhôm. Chốt cơ học hoặc chất kết dính nhiệt đảm bảo tiếp xúc an toàn, trong khi các phương pháp điều trị bề mặt như anodization cải thiện hiệu quả bức xạ. Khi sử dụng chất kết dính, chọn vật liệu có độ dẫn nhiệt cao và khả năng tương thích với nhôm ngăn chặn sự suy giảm theo thời gian.

Trong môi trường kèm theo, việc điều khiển luồng không khí trên bề mặt nhôm bằng cách sử dụng quạt hoặc ống dẫn cải thiện việc làm mát đối lưu. Các nhà thiết kế nên xem xét các mẫu luồng khí trong quá trình đặt thành phần, tránh các vật cản có thể tạo ra dòng chảy hỗn loạn hoặc vùng chết. Kết hợp các chiến lược dẫn, đối lưu và bức xạ đảm bảo quản lý nhiệt toàn diện trong các điều kiện đòi hỏi.

Bằng cách giải quyết các khía cạnh này, từ tối ưu hóa lớp điện môi đến tích hợp làm mát tiên tiến, các nhà sản xuất có thể tối đa hóa hiệu suất nhiệt của PCB lõi nhôm, đảm bảo độ tin cậy trong các ứng dụng công suất cao trong khi duy trì các quy trình lắp ráp hiệu quả chi phí.