Przewodność cieplna PCB to jego zdolność do przewodzenia ciepła. Materiały o niższej przewodności cieplnej pozwalają na mniejszą szybkość wymiany ciepła. Z drugiej strony, materiały o wysokiej przewodności cieplnej pozwalają na wyższy współczynnik wymiany ciepła. Na przykład, metale bardzo skutecznie przewodzą ciepło, ponieważ mają wysoką przewodność cieplną. Dlatego często używamy ich w aplikacjach, w których wymagamy odprowadzania ciepła. jednak, materiały o niskiej przewodności cieplnej nadają się do zastosowań wymagających izolacji termicznej. W tym artykule, przyjrzymy się przewodności cieplnej PCB i jak wpływa ona na ich wydajność.
Przewodność cieplna różnych materiałów PCB
W tej sekcji, przyjrzymy się przewodności cieplnej różnych materiały PCB.
-
Epoksydy i okulary (FR4, PTFE, i Poliamid)
Najczęściej używamy FR4 do masowej produkcji PCB. jednak, w tym przypadku, Przewodność cieplna PCB jest bardzo niska w porównaniu z alternatywnymi materiałami. W związku z tym, większość producentów musi stosować szereg technik i metod zarządzania temperaturą, aby utrzymać temperaturę obwodów drukowanych i ich aktywnych elementów w bezpiecznym zakresie roboczym.
-
Ceramika (Glinka, Azotek glinu, i tlenek berylu)
Ceramika oferuje znacznie wyższą przewodność cieplną niż epoksydy i szkła. jednak, ta wyższa przewodność cieplna wiąże się z wyższymi kosztami produkcji. Dzieje się tak dlatego, że ceramika jest wytrzymała mechanicznie i dlatego trudno jest ją wiercić mechanicznie lub za pomocą lasera using. Więc, wielowarstwowa produkcja ceramicznej płytki PCB staje się trudna.
-
Metale (Miedź i aluminium)
Do produkcji PCB z metalowym rdzeniem używamy głównie aluminium. Metale mają wyższą przewodność cieplną niż epoksydy & okulary i mają rozsądny koszt produkcji. W związku z tym, są dość skuteczne w zastosowaniach, które wymagają ekspozycji na cykle termiczne i wymagają rozpraszania ciepła. Metalowy rdzeń pozwala na efektywne odciążenie termiczne i samoczynne odprowadzanie ciepła, dzięki czemu nie potrzebujemy dodatkowych procesów i mechanizmów. Więc, koszty produkcji mają tendencję do zmniejszania się.
Materiały | Przewodność cieplna (W/(m·K)) | |
Żywica i Okulary and | FR4 | 0.3 |
PTFE | 0.25 | |
Poliamid | 0.12 | |
Ceramika | Glinka | 28-35 |
Azotek glinu | 140-180 | |
Tlenek berylu | 170-280 | |
Metale | Aluminium | 205 |
Miedź | 385 |
PCB o wysokiej przewodności cieplnej w porównaniu z konwencjonalnymi PCB
- Materiały o wysokiej przewodności cieplnej, takie jak ceramika i metale, pozwalają na lepsze odprowadzanie ciepła w porównaniu z materiałami o niskiej przewodności cieplnej, takimi jak FR4.
- Materiały o niskiej przewodności cieplnej wymagają przelotek i otworów w płycie do odprowadzania ciepła.
- W związku z tym, etapy produkcyjne mają tendencję do zwiększania się w przypadku materiałów o niskiej przewodności cieplnej PCB.
- Więc, proces produkcyjny staje się skomplikowany, a koszty mają tendencję do wzrostu.
- Z drugiej strony, materiały o wysokiej przewodności cieplnej PCB nie wymagają dodatkowych procesów i mechanizmów odciążających lub odprowadzających ciepło.
- W związku z tym, etapy produkcji i koszty mają tendencję do zmniejszania się w przypadku materiałów o niskiej przewodności cieplnej PCB.
- Materiały o wysokiej przewodności cieplnej PCB nie pozwalają na lokalizację naprężeń termicznych. Dzieje się tak, ponieważ ciepło przepływa przez nie łatwo, a naprężenia nie są w stanie rozdzielić się w jednym miejscu.
- W związku z tym, konstrukcja jest stabilna termicznie, a te deski mają zwykle dłuższą żywotność.
- W porównaniu, materiały o niskiej przewodności cieplnej PCB utrudniają przepływ ciepła, a tym samym pozwalają na lokalizację naprężeń.
- W związku z tym, mają niską stabilność termiczną, a co za tym idzie mają krótszą żywotność.
- Ponieważ materiał o wysokiej przewodności cieplnej nie wymaga przelotek, dzięki czemu jest więcej miejsca na elementy montażowe.
- W związku z tym, PCB o wysokiej przewodności cieplnej jest gęstsza i ma mniejszy rozmiar.
- Dzięki temu możemy produkować mniejsze i bardziej wydajne płytki PCB PCB.
- Wiadomo, że materiały o wysokiej przewodności cieplnej mają również wysoką przewodność elektryczną. W związku z tym, korzystniejsze jest stosowanie materiałów o wysokiej przewodności cieplnej PCB.
- Materiały o wysokiej przewodności cieplnej mają również stabilny współczynnik CTE. Co oznacza, że wykazują pożądane właściwości rozszerzalności cieplnej. Pozwala nam to na wykonanie płytek drukowanych stabilnych termicznie i wymiarowo.
- Ponieważ materiały o wysokiej przewodności cieplnej są stabilne termicznie, możemy je stosować w ekstremalnych zastosowaniach, ponieważ mamy pewność, że ich degradacja termiczna nie nastąpi.
Rozpraszanie ciepła przez przewodnictwo cieplne PCB
Żyjemy w epoce, w której możliwe jest wykonywanie opakowań mikroelektronicznych, a technologia integracji jest łatwo dostępna. W związku z tym, ogólna gęstość mocy urządzeń elektronicznych stale rośnie. jednak, fizyczne wymiary urządzeń elektronicznych i komponentów elektronicznych systematycznie się zmniejszają. Więc, wytworzone ciepło jest błyskawicznie segregowane, co prowadzi do dysocjacji lub dezintegracji całego układu elektronicznego.
jednak, wzrasta również gęstość strumienia ciepła urządzeń elektronicznych, a środowisko o wysokiej temperaturze wpływa również na wydajność urządzeń elektronicznych. W związku z tym, potrzebujemy bardziej efektywnego planu ustanowienia kontroli termicznej, i musimy zmierzyć się bezpośrednio z problemem rozpraszania ciepła, aby otworzyć nowe możliwości Produkcja PCB.
Rozwiązanie
Inżynierowie opracowali kilka strategii rozwiązywania tych problemów z zarządzaniem temperaturą. Obejmują one,
- Zwiększenie przewodności cieplnej PCB w celu poprawy rozpraszania ciepła
- Korzystanie z materiałów, które są w stanie wytrzymać wyższe temperatury pracy. Możemy to zrobić, poprawiając temperaturę rozkładu termicznego.
- Popraw adaptację termiczną materiału do jego otoczenia i cykli termicznych. Możemy to zrobić, poprawiając CTE.
Najbardziej wydajną strategią z nich jest użycie materiału o wysokiej przewodności cieplnej do zwalczania rozpraszania ciepła. Dzieje się tak, ponieważ materiały te pozwalają na płynne przenoszenie ciepła, a ciepło nigdy nie gromadzi się w jednym miejscu. W związku z tym, ciepło opuszcza system zaraz po wytworzeniu i nie uszkadza płyty. Problem pojawia się tylko wtedy, gdy występuje utrudniony przepływ ciepła i zaczyna się ono kumulować. W tym przypadku, doprowadzi to do naprężeń termicznych i uszkodzenia PCB. Dlatego nie zaleca się stosowania materiałów o niskiej przewodności cieplnej PCB w aplikacjach high-end.
Jeśli masz problemy z odprowadzaniem ciepła w swoich deskach to jesteś we właściwym miejscu. Technologia MOKO ma duże doświadczenie w projektowaniu i opracowywaniu obwodów drukowanych o wysokiej przewodności cieplnej. Możemy wykonać dla Ciebie niestandardowe płytki PCB o wysokiej przewodności cieplnej, które spełnią Twoje potrzeby i pozwolą na wydajne odprowadzanie ciepła. Jeśli masz jakiekolwiek pytania, skontaktuj się z nami.