Hoy en día, los productos electrónicos son compactos y ligeros, a la vez que realizan diversas funciones. Esto se debe principalmente a la eficaz gestión térmica de las PCB. En las placas de circuito impreso (PCB), se ensamblan diversos componentes para realizar diferentes funciones. Durante el proceso, generan calor en mayor o menor medida, especialmente al estar compactados. Si el calor es excesivo, podría afectar el rendimiento de la PCB o incluso provocar fallos en el dispositivo. Por lo tanto, es necesario mejorar la gestión térmica de las PCB en el proceso de diseño.
¿Qué es la gestión térmica de PCB?
La gestión térmica de PCB es la metodología que controla el calor producido por los componentes colocados en ella. Para mejorar eficazmente la gestión térmica de PCB, existen diversas soluciones y técnicas, como el uso de... disipadores de calorVías térmicas, placas de cobre, etc., para distribuir y disipar eficientemente el calor de las áreas específicas de la PCB. Nuestro objetivo es mantener siempre todos los componentes en óptimas condiciones para prolongar la vida útil y mejorar el rendimiento del dispositivo electrónico.
7 técnicas de gestión térmica de PCB de uso común
Para gestionar eficazmente el calor en las PCB, los diseñadores emplean diversas técnicas de disipación térmica. A continuación, se presentan siete de las más utilizadas:
Uso de materiales apropiados
Al diseñar PCB, debemos prestar mucha atención a la elección PCB materiales Para una mejor gestión del calor. Por ejemplo, el uso de materiales de conductividad térmica como el cobre permite disipar fácilmente el calor de los componentes que consumen mucha energía. Además, se deben considerar los coeficientes de expansión térmica de los materiales. Podemos elegir materiales con un coeficiente de expansión térmica similar al de esos componentes para minimizar la tensión y, en última instancia, prevenir fallos debido a fluctuaciones de temperatura. Además, el uso de materiales con menor... constante dieléctrica Puede servir para reducir la probabilidad de formación de puntos calientes en la placa y aumentar la disipación de calor.
Colocación de componentes estratégicos
Una gestión térmica eficaz depende de una ubicación cuidadosa de los componentes. Los componentes que generan calor deben ubicarse cerca de dispositivos de refrigeración, como ventiladores o disipadores de calor, y en zonas bien ventiladas. Es recomendable mantener una distancia mínima de 2 cm entre los componentes de alta potencia para que disipen el calor correctamente. Esta separación también evita la acumulación de calor localizada y ayuda a que la placa mantenga una temperatura uniforme.
Implementación de matrices de vías térmicas
El uso de matrices de vías térmicas también puede mejorar la conducción térmica en las PCB. Estas matrices se presentan en dos variedades principales: vías simples y vías rellenas y tapadas. Las vías simples son populares por su capacidad de reducir la resistencia térmica; sin embargo, las vías rellenas y tapadas suelen tener un mejor rendimiento en disipación de calor, ya que pueden colocarse directamente debajo de las almohadillas térmicas para extraer el calor de forma más eficiente.
Ancho y grosor de traza suficientes
El rendimiento térmico de una PCB depende en gran medida de la ancho de traza de cobre y grosor. La provisión de rutas de baja impedancia para el flujo de corriente requiere dimensiones adecuadas. En zonas de alta corriente, esto es especialmente importante, ya que unas dimensiones de traza insuficientes podrían causar un aumento en la pérdida de potencia y la generación de calor. Por lo tanto, es fundamental considerar cuidadosamente el ancho y el grosor de las trazas para minimizar los problemas de calor.
Utilizando disipadores de calor
Los disipadores de calor por conducción son eficaces para refrigerar dispositivos, donde la zona de alta temperatura se transfiere a la zona de baja temperatura por conducción. Para ello, extraen el calor de los componentes de la PCB y lo liberan a través de aletas con mayor superficie. Al seleccionar un disipador de calor, los diseñadores deben examinar la resistividad térmica del material, el diseño de las aletas, la técnica de montaje y el material de interfaz térmica utilizado.
Uso de tubos de calor
En diseños compactos con espacio limitado, los tubos de calor son una solución ideal para la transferencia pasiva de calor. Ofrecen refrigeración fiable con un funcionamiento silencioso y sin vibraciones, buena conductividad térmica y bajo mantenimiento. El tubo suele contener pequeñas cantidades de nitrógeno, agua, acetona o amoníaco. Absorben el calor y transportan el vapor a través de la tubería. A medida que el vapor pasa, la tubería tiene un condensador y ese vapor se vuelve líquido, continuando así el ciclo.
Implementación de ventiladores de refrigeración
Otra técnica popular de gestión térmica de PCB es el uso de ventiladores que expulsan el aire caliente de la zona para evitar el sobrecalentamiento. Esta técnica es muy conocida en aplicaciones de alta corriente, como las fuentes de alimentación, ya que estos ventiladores ofrecen una disipación del calor cómoda y, sobre todo, rápida, lo que permite que los componentes funcionen eficientemente y duren más.
¿Cómo identificar problemas térmicos en PCB?
Incluso con un diseño cuidadoso, a veces pueden surgir problemas térmicos. Es necesario saber cómo identificarlos. Aquí hay algunos métodos para detectarlos:
- Herramienta de análisis térmico de PCB
El modelado térmico es fundamental en el análisis térmico del diseño de PCB para el análisis de fallos. Además, proporciona a los diseñadores información sobre los problemas térmicos inherentes a su circuito y les ayuda a seleccionar los métodos de refrigeración y las técnicas de diseño de PCB más adecuados. Los diseñadores de PCB pueden utilizar el software de modelado adecuado para determinar la mejor disposición o la mejor posición de los componentes en la disposición. El modelado térmico permite a los diseñadores comprender rápida y fácilmente los patrones de flujo de calor, diseñar disipadores de calor y crear sistemas de refrigeración para dispositivos activos.
- Inspeccione visualmente la placa
La inspección visual es otro método para detectar sobrecalentamiento, componentes quemados o parcialmente dañados, uniones secas y arcos eléctricos. Los componentes abultados o quemados y las manchas decoloradas en la PCB son indicadores visibles. Además de las señales visuales, los olores inusuales en la placa también pueden indicar problemas de calentamiento. Esta sencilla técnica permite identificar rápidamente problemas térmicos sin necesidad de encender la placa.
- Utilice cámaras infrarrojas
Las cámaras infrarrojas permiten evaluar fácilmente las placas de prototipos alimentadas para detectar causas de calor y problemas desconocidos invisibles a simple vista. Además, estas cámaras muestran en qué puntos se genera el calor y ayudan a distinguir entre piezas falsificadas o defectuosas según su firma térmica en comparación con los componentes originales. Además, las cámaras termográficas pueden detectar pistas de PCB con soldadura insuficiente, lo que aumenta la resistencia y la disipación de calor.
Para terminar
Una gestión térmica eficaz de las PCB es necesaria para garantizar la fiabilidad y el rendimiento de los dispositivos electrónicos. Los aspectos térmicos se convierten en el aspecto principal a considerar al inicio del proceso de diseño. Mediante las técnicas mencionadas, podemos gestionar eficazmente el calor de la placa. A medida que los productos electrónicos evolucionan hacia diseños más pequeños y compactos, con un número cada vez mayor de funciones, es indudable que estos presentarán mayores desafíos para la gestión térmica de las PCB. Por lo tanto, para los diseñadores de PCB, aprender técnicas de gestión térmica de PCB es una habilidad esencial.
