Nel mondo frenetico di oggi, le dimensioni dei dispositivi elettronici si stanno rapidamente riducendo, ampliando al contempo le funzionalità. Per stare al passo con questa tendenza, anche il design dei PCB deve evolversi per essere più compatto. Immaginate un piccolo circuito stampato che contiene una varietà di... componenti elettronici, tutti generano calore. Se non vengono adottate misure efficaci di gestione termica, il normale funzionamento e la durata utile dell'apparecchiatura ne risentiranno. Uno dei modi più efficaci per ottenere una gestione termica ottimale del PCB è l'installazione di un dissipatore di calore. In questo articolo, introdurremo in modo completo questo importante componente, inclusi i suoi materiali, i principi di funzionamento, gli scenari applicativi, la guida alla selezione, ecc.
Che cosa è un dissipatore di calore per PCB?
Il dissipatore di calore del PCB è un componente di gestione termica passiva, solitamente realizzato in metallo, un materiale con elevata conducibilità termicaLa sua funzione principale è quella di assorbire e dissipare il calore generato dai componenti elettronici sul circuito stampato tramite conduzione termica, mantenendo così la temperatura del dispositivo entro un intervallo operativo sicuro ed evitando danni o degrado delle prestazioni.
Materiali del dissipatore di calore del PCB
I materiali comunemente utilizzati per realizzare i dissipatori di calore dei circuiti stampati sono i seguenti:
- Alluminio: l'alluminio è il materiale più comune per i dissipatori di calore. È leggero e ha una conduttività termica relativamente elevata. Ancora più importante, è più economico di altri materiali per dissipatori di calore, quindi è ampiamente utilizzato.
- Rame: ha una conduttività termica superiore a quella dell'alluminio, ma ha un costo più elevato. Per questo motivo, viene spesso utilizzato per la produzione di dissipatori di calore utilizzati in applicazioni ad alte prestazioni.
- Leghe di alluminio: diverse leghe di alluminio offrono proprietà meccaniche migliorate e possono essere personalizzate per soddisfare requisiti specifici di conduttività termica, resistenza e resistenza alla corrosione.
- Grafite: la grafite, pur non essendo un metallo, ha una conduttività termica relativamente elevata e può essere utilizzata nei dissipatori di calore dei PCB, in particolare nelle applicazioni in cui il peso è un fattore critico.
- Ceramica: è particolarmente adatta in situazioni in cui, oltre alla dissipazione del calore, è richiesto anche l'isolamento elettrico. Tuttavia, la ceramica generalmente non conduce il calore bene come i metalli.
Di seguito riportiamo una tabella per confrontare questi materiali sotto diversi aspetti:
| Materiali | Conduttività termica (W/mK) | Costo | Peso | Isolamento elettrico | Applicazioni comuni |
| Alluminio | ~ 205 | Basso | Light | Non | Uso generale, ampiamente applicabile |
| Rame | ~ 385 | Alta | Forte | Non | Applicazioni ad alte prestazioni |
| Leghe di alluminio | Variabile (~120-220) | Adeguata | Light | Non | Applicazioni che richiedono proprietà meccaniche specifiche |
| Grafite | ~150-400 (anisotropico) | Moderato-Alto | Molto leggero | NO | Applicazioni critiche per il peso |
| Ceramici | Variabile (20-200) | Moderato-Alto | Adeguata | Si | Isolamento elettrico richiesto |
Come funziona il dissipatore di calore del PCB?
Il funzionamento fondamentale di un dissipatore di calore per PCB si basa sul principio della conduzione termica, in cui il calore generato dai componenti del PCB viene effettivamente trasferito al dissipatore, un componente progettato specificamente per questo scopo. I componenti di un PCB spesso generano calore durante il funzionamento, creando aree ad alta temperatura. Il dissipatore di calore, progettato per avere una bassa resistenza termica, agisce da ponte termico, allontanando il calore dai componenti. In genere presenta un'ampia superficie, spesso arricchita da alette, per facilitare l'efficiente trasferimento del calore all'aria circostante.
Metodi di fissaggio del dissipatore di calore del circuito stampato
I dissipatori di calore per PCB possono essere montati sul PCB in vari modi, tra cui:
Adesivo termico: semplici ed efficaci, gli adesivi termici (in pasta o nastro) garantiscono un legame permanente, adatto a numerose applicazioni, ma che rende difficili eventuali regolazioni future.
Puntine da disegno: ideali per fissare dissipatori di calore di grandi dimensioni, le puntine da disegno garantiscono un fissaggio saldo attraverso il PCB e sono più facili da rimuovere rispetto agli adesivi.
Clip e staffe: garantiscono un fissaggio sicuro e senza attrezzi, comodo per le applicazioni che richiedono la rimozione o la regolazione del dissipatore di calore.
Montaggio con viti: garantendo una connessione durevole, le viti richiedono fori o distanziali sul PCB ma semplificano il fissaggio e lo smontaggio.
A scatto: per dissipatori di calore più leggeri, gli attacchi a scatto consentono un'installazione e una rimozione rapide e senza attrezzi.
Epossidico termico: simili agli adesivi ma con un legame più forte, gli epossidici termici sono permanenti e garantiscono un'eccellente conduttività termica.
Ancoraggi per saldatura: utilizzati in applicazioni ad alta affidabilità, la saldatura del dissipatore di calore direttamente al PCB garantisce la massima durata ed efficienza termica, ma è permanente.
situazioni Wqui il dissipatore di calore del PCB sia Usato
Quando progettiamo un PCB, come stabiliamo se è necessario utilizzare un dissipatore di calore? Di seguito sono riportate alcune situazioni in cui vengono solitamente utilizzati i dissipatori di calore per PCB:
- Quando nella progettazione di circuiti stampati vengono utilizzati processori quali CPU, GPU e MPU, solitamente è necessario un dissipatore di calore.
- In presenza di componenti di potenza come regolatori di potenza, amplificatori di potenza e alimentatori, è necessario un dissipatore di calore per il circuito stampato, poiché tali componenti tendono a dissipare più calore.
- Quando ci sono troppi componenti sul PCB e la loro densità è eccessiva, verrà generato più calore. In questo caso, è necessario utilizzare anche un dissipatore di calore per ridurre la temperatura dei componenti.
- Considerare la necessità di un dissipatore di calore in base all'applicazione finale del PCB. Ad esempio, quando il PCB viene utilizzato in ambienti ad alta temperatura, anche un dissipatore di calore è essenziale.
Suggerimenti per la progettazione del dissipatore di calore del PCB
Solo progettando un dissipatore di calore adeguato è possibile ottenere la massima gestione termica. Qui forniamo alcuni consigli di base per la progettazione di dissipatori per PCB:
- Selezione dei materiali
L'alluminio ha un peso inferiore e un prezzo relativamente basso, mentre il rame offre una conduttività termica superiore. Pertanto, nella scelta dei materiali per il dissipatore di calore, è necessario considerare attentamente le loro caratteristiche, tra cui conduttività termica, costo, peso, ecc. - Massimizzazione della superficie
Durante la progettazione di un dissipatore di calore, è possibile aumentarne la superficie utilizzando alette o pin per migliorare la dissipazione del calore. Questo perché un design di questo tipo consente a una maggiore quantità d'aria di fluire attraverso il dissipatore, eliminando così il calore in modo più efficiente. - Ottimizzazione del flusso d'aria
Progettare il layout e il posizionamento del dissipatore di calore per sfruttare al meglio il flusso d'aria naturale o forzato all'interno del dispositivo. L'orientamento delle alette deve essere allineato alla direzione del flusso d'aria per massimizzare la dissipazione del calore. - Vincolo di spazio
Garantire che ci sia spazio sufficiente per il montaggio del dissipatore sul PCB è fondamentale. Ad esempio, in scenari con limiti di altezza, optare per dissipatori a basso profilo può facilitare un'efficiente dissipazione del calore senza superare questi limiti spaziali. - Simulazione e test
Dopo aver completato la progettazione del dissipatore di calore, dobbiamo utilizzare un software di simulazione termica per prevedere le prestazioni del dissipatore in diverse condizioni operative, assicurandoci che possa raggiungere le prestazioni progettate.
Conclusione
Un dissipatore per PCB migliora l'affidabilità e la longevità dei dispositivi elettronici dissipando efficacemente il calore in eccesso prodotto dai componenti sul circuito stampato. Attraverso questo blog, il nostro obiettivo è condividere le pratiche leader del settore nella progettazione di dissipatori per circuiti stampati, offrendo preziosi spunti per i vostri progetti. In qualità di esperto del settore con molti anni di esperienza nel campo dei PCB, MOKO Technology vanta una solida esperienza nella progettazione e produzione di diversi tipi di PCB. Per qualsiasi domanda sulla gestione termica dei PCB o per ottenere maggiori informazioni, servizi di progettazione PCB di alta qualità da noi, per favore CONTATTACI ora.
