Wärmeleitfähigkeit von Leiterplatten und ihre Bedeutung

Die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte ist ihre Fähigkeit, Wärme zu leiten. Materialien mit geringerer Wärmeleitfähigkeit ermöglichen eine geringere Wärmeübertragungsrate. Auf der anderen Seite, Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit ermöglichen eine höhere Wärmeübertragungsrate. Zum Beispiel, Metalle leiten Wärme sehr effektiv, da sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Deshalb verwenden wir sie häufig in Anwendungen, in denen wir Wärmeableitung benötigen. jedoch, Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit eignen sich für Anwendungen, die eine Wärmedämmung erfordern. In diesem Artikel, Wir werden einen Blick auf die Wärmeleitfähigkeit von Leiterplatten werfen und wie sie sich auf deren Leistung auswirkt.

PCB-Wärmeleitfähigkeit verschiedener Materialien

In diesem Abschnitt, Wir werden einen Blick auf die Wärmeleitfähigkeit verschiedener werfen PCB-Materialien.

1. Epoxide und Gläser (FR4, PTFE, und Polyimid)

Wir verwenden FR4 hauptsächlich für die Massenproduktion von Leiterplatten. jedoch, in diesem Fall, Die Wärmeleitfähigkeit von Leiterplatten ist im Vergleich zu alternativen Materialien sehr gering. Deshalb, Die meisten Hersteller müssen eine Reihe von Wärmemanagementtechniken und -methoden anwenden, um die Temperatur von Leiterplatten und ihren aktiven Komponenten mit einem sicheren Betriebsbereich aufrechtzuerhalten.

2. Keramik (Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, und Berylliumoxid)

Keramik bietet eine viel höhere Wärmeleitfähigkeit als Epoxide und Gläser. jedoch, Diese höhere Wärmeleitfähigkeit ist mit höheren Herstellungskosten verbunden. Dies liegt daran, dass Keramik mechanisch zäh ist und es daher schwierig ist, sie mechanisch oder mit Lasern zu bohren. So, Die mehrschichtige Herstellung von Keramik-PCB wird schwierig.

3. Metalle (Kupfer und Aluminium)

Wir verwenden hauptsächlich Aluminium zur Herstellung von Metallkern-Leiterplatten. Metalle haben eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Epoxide & Gläser und sie haben angemessene Herstellungskosten. Deshalb, Sie sind sehr effektiv für Anwendungen, bei denen Wärmezyklen erforderlich sind und die Wärmeableitung erfordern. Der Metallkern ermöglicht eine effiziente thermische Entlastung und Wärmeableitung allein und daher benötigen wir keine zusätzlichen Prozesse und Mechanismen. So, Die Herstellungskosten sinken tendenziell.

Leiterplatten mit hoher Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten

• Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Keramik und Metalle ermöglichen eine bessere Wärmeableitung im Vergleich zu Materialien mit niedriger Wärmeleitfähigkeit wie FR4.
• Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit erfordern Durchkontaktierungen und Durchgangsbohrungen zur Wärmeabfuhr.
• Deshalb, Bei Materialien mit geringer PCB-Wärmeleitfähigkeit nehmen die Herstellungsschritte tendenziell zu.
• So, Der Herstellungsprozess wird komplex und die Kosten steigen tendenziell.
• Auf der anderen Seite, Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit für Leiterplatten benötigen keine zusätzlichen Prozesse und Mechanismen zur thermischen Entlastung oder Wärmeableitung.
• Daher, Die Herstellungsschritte und -kosten neigen dazu, bei Materialien mit geringer PCB-Wärmeleitfähigkeit abzunehmen.
• Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit für Leiterplatten ermöglichen keine Lokalisierung von Wärmespannungen. Dies liegt daran, dass Wärme leicht durch sie fließt und sich die Spannungen nicht an einem Ort trennen können.
• Deshalb, Die Struktur ist thermisch stabil und diese Platten haben tendenziell eine längere Lebensdauer.
• Im Vergleich, Materialien mit geringer PCB-Wärmeleitfähigkeit behindern den Wärmefluss und ermöglichen daher eine Spannungslokalisierung.
• Deshalb, Sie haben eine geringe thermische Stabilität und damit eine kürzere Lebensdauer.
• Da Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit keine Durchkontaktierungen benötigt, ist mehr Platz für die Montage von Bauteilen vorhanden.
• Daher, PCB mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist dichter und kleiner.
• Dies ermöglicht es uns, kleinere und effizientere Leiterplatten herzustellen.
• Es ist erwiesen, dass Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Deshalb, Es ist vorteilhafter, Materialien mit hoher PCB-Wärmeleitfähigkeit zu verwenden.
• Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit haben auch einen stabilen CTE. Dies bedeutet, dass sie wünschenswerte Wärmeausdehnungseigenschaften aufweisen. Dies ermöglicht es uns, Leiterplatten herzustellen, die sowohl thermisch als auch formstabil sind.
• Da Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit thermisch stabil sind, können wir sie in extremen Anwendungen verwenden, da wir sicher sind, dass ihre thermische Verschlechterung nicht auftritt.

Wärmeableitung durch Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte

Wir leben in einer Zeit, in der es möglich ist, mikroelektronische Verpackungen durchzuführen und die Integrationstechnologie leicht verfügbar ist. Deshalb, Die Gesamtleistungsdichte elektronischer Geräte nimmt stetig zu. jedoch, Die physikalischen Abmessungen elektronischer Geräte und elektronischer Komponenten nehmen stetig ab. So, Die erzeugte Wärme wird sofort abgetrennt, was zur Dissoziation oder Auflösung des gesamten elektronischen Systems führt.

jedoch, Auch die Wärmeflussdichte elektronischer Geräte nimmt zu, und die Hochtemperaturumgebung beeinflusst auch die Leistung elektronischer Geräte. Daher, Wir brauchen einen effizienteren Plan für die Einrichtung der Wärmekontrolle, und wir müssen das Problem der Wärmeableitung frontal angehen, um neue Wege zu eröffnen Leiterplattenherstellung.

Die Lösung

Ingenieure haben einige Strategien zur Lösung dieser Probleme mit dem Wärmemanagement entwickelt. Diese schließen ein,

• Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte zur Verbesserung der Wärmeableitung
• Verwendung von Materialien, die höheren Betriebstemperaturen standhalten. Wir können dies tun, indem wir die Temperatur der thermischen Zersetzung verbessern.
• Verbessern Sie die thermische Anpassung des Materials an seine Umgebung und den Wärmezyklus. Wir können dies tun, indem wir den CTE verbessern.

Die effizienteste Strategie besteht darin, Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit zur Bekämpfung der Wärmeableitung zu verwenden. Dies liegt daran, dass diese Materialien eine reibungslose Wärmeübertragung ermöglichen und sich niemals Wärme an einem Ort ansammelt. Daher, Wärme verlässt das System, sobald sie erzeugt wird und beschädigt die Platine nicht. Das Problem tritt nur auf, wenn der Wärmefluss behindert wird und er sich ansammelt. In diesem Fall, Dies führt zu thermischen Spannungen und beschädigt die Leiterplatte. Aus diesem Grund wird nicht empfohlen, in High-End-Anwendungen Materialien mit geringer PCB-Wärmeleitfähigkeit zu verwenden.

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