Condutividade térmica do PCB e sua importância

A condutividade térmica do PCB é sua capacidade de conduzir calor. Os materiais que têm uma condutividade térmica mais baixa permitem uma taxa mais baixa de transferência de calor. Por outro lado, materiais com alta condutividade térmica permitem uma maior taxa de transferência de calor. Por exemplo, metais são muito eficazes na condução de calor porque têm alta condutividade térmica. É por isso que os usamos frequentemente em aplicações onde exigimos dissipação de calor. Contudo, materiais com baixa condutividade térmica são adequados para aplicações que requerem isolamento térmico. Neste artigo, vamos dar uma olhada na condutividade térmica do PCB e como isso afeta seu desempenho.

Condutividade térmica de PCB de vários materiais

Nesta secção, vamos dar uma olhada na condutividade térmica de vários materiais PCB.

1. Epóxis e copos (FR4, PTFE, e poliimida)

Usamos principalmente o FR4 para a produção em massa de PCB. Contudo, nesse caso, A condutividade térmica do PCB é muito baixa em comparação com materiais alternativos. Portanto, a maioria dos fabricantes tem que usar uma série de técnicas e métodos de gerenciamento térmico para manter a temperatura das PCBs e seus componentes ativos com uma faixa operacional segura.

2. Cerâmica (Alumina, Nitreto de Alumínio, e óxido de berílio)

Cerâmica oferece condutividade térmica muito maior do que epóxis e vidros. Contudo, esta maior condutividade térmica vem com custos de fabricação mais altos. Isso ocorre porque as cerâmicas são mecanicamente resistentes e, portanto, é difícil perfurá-las mecanicamente ou usando lasers. assim, a fabricação de multicamadas de PCB de cerâmica torna-se difícil.

3. Metais (Cobre e Alumínio)

Usamos principalmente alumínio para fazer PCB com núcleo de metal. Os metais têm maior condutividade térmica do que os epóxis & óculos e têm um custo de fabricação razoável. Portanto, eles são bastante eficazes para aplicações que requerem exposição a ciclos térmicos e precisam de dissipação de calor. O núcleo de metal permite alívio térmico eficiente e dissipação de calor por conta própria e, portanto, não precisamos de processos e mecanismos adicionais. assim, custos de fabricação tendem a diminuir.

PCBs com alta condutividade térmica vs PCB convencional

• Materiais com alta condutividade térmica, como cerâmicas e metais, permitem uma melhor dissipação de calor em comparação com materiais com baixa condutividade térmica, como FR4.
• Materiais com baixa condutividade térmica requerem vias e orifícios de placa para remoção de calor.
• Portanto, as etapas de fabricação tendem a aumentar no caso de materiais com baixa condutividade térmica de PCB.
• assim, o processo de fabricação torna-se complexo e os custos tendem a aumentar.
• Por outro lado, materiais com alta condutividade térmica de PCB não precisam de processos e mecanismos adicionais para alívio térmico ou dissipação de calor.
• Conseqüentemente, as etapas de fabricação e os custos tendem a diminuir para materiais com baixa condutividade térmica de PCB.
• Materiais com alta condutividade térmica de PCB não permitem a localização de tensões térmicas. Isso ocorre porque o calor passa por eles facilmente e as tensões são incapazes de segregar em um só lugar.
• Portanto, a estrutura é termicamente estável e essas placas tendem a ter uma vida útil mais longa.
• Em comparação, materiais com baixa condutividade térmica de PCB impedem o fluxo de calor e, portanto, permitem a localização de tensão.
• Portanto, eles têm baixa estabilidade térmica e, portanto, têm uma vida útil mais curta.
• Como o material com alta condutividade térmica não precisa de vias, há mais espaço para a montagem dos componentes.
• Conseqüentemente, PCB com alta condutividade térmica é mais denso e menor em tamanho.
• Isso nos permite fazer PCBs menores e mais eficientes.
• É um fato estabelecido que materiais com alta condutividade térmica também possuem uma alta condutividade elétrica. Portanto, é mais benéfico usar materiais com alta condutividade térmica de PCB.
• Materiais que têm alta condutividade térmica também têm um CTE estável. O que significa que eles mostram propriedades de expansão térmica desejáveis. Isso nos permite fazer PCBs que são térmica e dimensionalmente estáveis.
• Como os materiais com alta condutividade térmica são termicamente estáveis, podemos usá-los em aplicações extremas porque temos certeza de que sua degradação térmica não ocorrerá.

Dissipação de calor através da condutividade térmica PCB

Estamos vivendo em uma era em que é possível realizar o empacotamento microeletrônico e a tecnologia de integração já está disponível. Portanto, a densidade de potência geral de dispositivos eletrônicos está em um aumento constante. Contudo, as dimensões físicas dos dispositivos eletrônicos e componentes eletrônicos estão diminuindo constantemente. assim, o calor gerado é instantaneamente segregado, o que leva à dissociação ou desintegração de todo o sistema eletrônico.

Contudo, a densidade do fluxo de calor de dispositivos eletrônicos também está aumentando, e o ambiente de alta temperatura afeta o desempenho de dispositivos eletrônicos também. Conseqüentemente, precisamos de um plano mais eficiente para estabelecer o controle térmico, e precisamos enfrentar o problema da dissipação de calor de frente para abrir novos caminhos de Fabricação de PCB.

A solução

Os engenheiros criaram algumas estratégias para resolver esses problemas com gerenciamento térmico. Esses incluem,

• Aumentando a condutividade térmica do PCB para melhorar a dissipação de calor
• Usando materiais que são capazes de resistir a temperaturas operacionais mais altas. Podemos fazer isso melhorando a temperatura de decomposição térmica.
• Melhorar a adaptação térmica do material ao seu ambiente e a ciclagem térmica. Podemos fazer isso melhorando o CTE.

A estratégia mais eficiente destes é usar material com alta condutividade térmica para combater a dissipação de calor. Isso ocorre porque esses materiais permitem uma transferência de calor suave e o calor nunca se acumula em um só lugar. Conseqüentemente, o calor sai do sistema assim que é gerado e não danifica a placa. O problema só surge quando há um obstáculo ao fluxo de calor e ele começa a se acumular. Nesse caso, isso levará a tensões térmicas e danificará o PCB. É por isso que não é recomendado o uso de materiais com baixa condutividade térmica de PCB em aplicações de ponta.

Se você está enfrentando problemas com dissipação de calor em suas placas, então você está no lugar certo. Tecnologia MOKO tem bastante experiência no projeto e desenvolvimento de PCBs com alta condutividade térmica. Podemos fazer PCBs de alta condutividade térmica personalizados para você, o que atenderá às suas necessidades e permitirá a dissipação de calor eficiente. Sinta-se à vontade para entrar em contato conosco se tiver alguma dúvida.