PCB thermische geleidbaarheid en het belang ervan

De thermische geleidbaarheid van de PCB is het vermogen om warmte te geleiden. Materialen met een lager warmtegeleidingsvermogen zorgen voor een lagere warmteoverdracht. Aan de andere kant, materialen met een hoge thermische geleidbaarheid zorgen voor een hogere warmteoverdracht. Bijvoorbeeld, metalen zijn zeer effectief in het geleiden van warmte omdat ze een hoog warmtegeleidingsvermogen hebben. Daarom gebruiken we ze vaak in toepassingen waar we warmteafvoer nodig hebben. Echter, materialen met een laag warmtegeleidingsvermogen zijn geschikt voor toepassingen die thermische isolatie vereisen. In dit artikel, we zullen kijken naar de thermische geleidbaarheid van PCB's en hoe dit hun prestaties beïnvloedt.

PCB thermische geleidbaarheid van verschillende materialen

In deze sectie, we zullen de thermische geleidbaarheid van verschillende bekijken PCB-materialen.

1. Epoxies en glazen (FR4, PTFE, en Polyimide)

Voor de massaproductie van PCB's gebruiken we vooral FR4. Echter, in dit geval, Het warmtegeleidingsvermogen van PCB's is zeer laag in vergelijking met alternatieve materialen. Daarom, de meeste fabrikanten moeten een aantal technieken en methoden voor thermisch beheer gebruiken om de temperatuur van PCB's en hun actieve componenten binnen een veilig operationeel bereik te houden.

2. Keramiek (Alumina, Aluminium nitride, en Beryllium Oxide)

Keramiek biedt een veel hoger warmtegeleidingsvermogen dan epoxy's en glazen. Echter, deze hogere thermische geleidbaarheid gaat gepaard met hogere fabricagekosten. Dit komt omdat keramiek mechanisch taai is en het daarom moeilijk is om ze mechanisch te boren of met lasers. Zo, meerlagige fabricage van keramische PCB's wordt moeilijk.

3. Metalen (Koper en aluminium)

We gebruiken meestal aluminium voor het maken van metalen kern PCB's. Metalen hebben een hogere warmtegeleiding dan epoxy's & glazen en ze hebben een redelijke productiekost. Daarom, ze zijn behoorlijk effectief voor toepassingen die blootstelling aan thermische cycli vereisen en warmteafvoer nodig hebben. De metalen kern zorgt op zichzelf voor efficiënte thermische ontlasting en warmteafvoer en daarom hebben we geen extra processen en mechanismen nodig. Zo, de productiekosten nemen doorgaans af.

Materialen		Warmtegeleiding (W /(m · K))
Epoxy en bril	FR4	0.3
	PTFE	0.25
	Polyimide	0.12
Keramiek	Alumina	28-35
	Aluminium nitride	140-180
	Beryllium Oxide	170-280
Metalen	Aluminium	205
	Koper	385

PCB's met hoge thermische geleidbaarheid versus conventionele PCB's

• Materialen met een hoge thermische geleidbaarheid zoals keramiek en metalen zorgen voor een betere warmteafvoer in vergelijking met materialen met een lage thermische geleidbaarheid zoals FR4.
• Materialen met een lage thermische geleidbaarheid vereisen via's en doorgaande plaatgaten voor warmteafvoer.
• Daarom, de fabricagestappen nemen doorgaans toe in het geval van materialen met een lage thermische geleidbaarheid van PCB's.
• Zo, het fabricageproces wordt complex en de kosten stijgen vaak.
• Aan de andere kant, materialen met een hoge thermische geleidbaarheid van de printplaat hebben geen extra processen en mechanismen nodig voor thermische verlichting of warmteafvoer.
• Vandaar, de fabricagestappen en kosten hebben de neiging af te nemen voor materialen met een lage thermische geleidbaarheid van PCB's.
• Materialen met een hoge thermische geleidbaarheid van PCB's laten geen lokalisatie van thermische spanningen toe. Dit komt omdat warmte er gemakkelijk doorheen gaat en spanningen niet op één plek kunnen scheiden.
• Daarom, de structuur is thermisch stabiel en deze platen hebben de neiging een langere levensduur te hebben.
• In vergelijking, materialen met een lage thermische geleidbaarheid van PCB's belemmeren de warmtestroom en zorgen daardoor voor spanningslokalisatie.
• Daarom, ze hebben een lage thermische stabiliteit en hebben daardoor een kortere levensduur.
• Omdat materiaal met een hoge thermische geleidbaarheid geen doorgangen nodig heeft, is er meer ruimte voor het monteren van componenten.
• Vandaar, PCB's met een hoge thermische geleidbaarheid zijn dichter en kleiner van formaat.
• Hierdoor kunnen we kleinere en efficiëntere printplaten maken.
• Het is een vaststaand feit dat materialen met een hoge thermische geleidbaarheid ook een hoge elektrische geleidbaarheid hebben. Daarom, Het is voordeliger materialen te gebruiken met een hoge thermische geleidbaarheid van de PCB.
• Materialen met een hoog warmtegeleidingsvermogen hebben ook een stabiele CTE. Dit betekent dat ze gewenste thermische uitzettingseigenschappen vertonen. Zo kunnen we zowel thermisch als maatvast printplaten maken.
• Omdat materialen met een hoge thermische geleidbaarheid thermisch stabiel zijn, kunnen we ze daarom in extreme toepassingen gebruiken omdat we er zeker van zijn dat hun thermische degradatie niet optreedt.

Warmtedissipatie door thermische geleidbaarheid van de printplaat

We leven in een tijdperk waarin het mogelijk is om micro-elektronische verpakkingen uit te voeren en de integratietechnologie direct beschikbaar is. Daarom, de totale vermogensdichtheid van elektronische apparaten neemt gestaag toe. Echter, de fysieke afmetingen van elektronische apparaten en elektronische componenten nemen gestaag af. Zo, de opgewekte warmte wordt onmiddellijk gescheiden, wat leidt tot dissociatie of desintegratie van het hele elektronische systeem.

Echter, ook de warmtefluxdichtheid van elektronische apparaten neemt toe, en de omgeving met hoge temperaturen heeft ook invloed op de prestaties van elektronische apparaten. Vandaar, we hebben een efficiënter plan nodig voor het instellen van thermische controle, en we moeten het probleem van warmteafvoer frontaal aanpakken om nieuwe wegen te openen PCB-fabricage.

De oplossing

Ingenieurs hebben een aantal strategieën bedacht om deze problemen met thermisch beheer op te lossen. Deze omvatten,

• Verhogen van de thermische geleidbaarheid van de printplaat voor het verbeteren van de warmteafvoer
• Materialen gebruiken die bestand zijn tegen hogere bedrijfstemperaturen. We kunnen dit doen door de thermische ontledingstemperatuur te verbeteren.
• Verbeter de thermische aanpassing van het materiaal aan zijn omgeving en thermische cycli. Dit kunnen we doen door de CTE te verbeteren.

De meest efficiënte strategie hiervan is om materiaal met een hoge thermische geleidbaarheid te gebruiken om de warmteafvoer tegen te gaan. Dit komt omdat deze materialen een soepele warmteoverdracht mogelijk maken en warmte zich nooit op één plek ophoopt. Vandaar, warmte verlaat het systeem zodra het wordt gegenereerd en beschadigt het bord niet. Het probleem doet zich alleen voor als er een belemmering is voor de warmtestroom en het begint zich op te hopen. In dit geval, dit leidt tot thermische spanningen en beschadigt de printplaat. Daarom wordt het niet aanbevolen om materialen met een lage thermische geleidbaarheid van PCB's te gebruiken in hoogwaardige toepassingen.

Als u problemen ondervindt met warmteafvoer in uw planken, dan bent u op de juiste plek. MOKO-technologie is zeer ervaren in het ontwerpen en ontwikkelen van printplaten met een hoge warmtegeleiding. We kunnen PCB's met een hoge thermische geleidbaarheid voor u maken die aan uw behoeften zullen voldoen en een efficiënte warmteafvoer mogelijk maken. Neem gerust contact met ons op als u vragen heeft.