Przewodność cieplna PCB i jej znaczenie

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

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.