Conducibilità termica PCB e sua importanza

La conduttività termica del PCB è la sua capacità di condurre il calore. I materiali che hanno una conduttività termica inferiore consentono una minore velocità di trasferimento del calore. D'altra parte, i materiali con un'elevata conduttività termica consentono una maggiore velocità di trasferimento del calore. Per esempio, i metalli sono molto efficaci nel condurre il calore perché hanno un'elevata conduttività termica. Ecco perché li usiamo spesso in applicazioni in cui è necessaria la dissipazione del calore. però, i materiali a bassa conducibilità termica sono adatti per applicazioni che richiedono isolamento termico. In questo articolo, daremo un'occhiata alla conduttività termica dei PCB e al modo in cui influisce sulle loro prestazioni.

Conducibilità termica PCB di vari materiali

In questa sezione, daremo un'occhiata alla conducibilità termica di vari Materiali PCB.

1. Resine epossidiche e occhiali (FR4, PTFE, e poliimmide)

Usiamo principalmente FR4 per la produzione di massa di PCB. però, in questo caso, La conduttività termica del PCB è molto bassa rispetto ai materiali alternativi. Perciò, la maggior parte dei produttori deve utilizzare una serie di tecniche e metodi di gestione termica per mantenere la temperatura dei PCB e dei loro componenti attivi con un intervallo operativo sicuro.

2. Ceramica (Allumina, Nitruro di alluminio, e ossido di berillio)

La ceramica offre una conduttività termica molto più elevata rispetto alle resine epossidiche e ai vetri. però, questa maggiore conduttività termica comporta costi di produzione più elevati. Questo perché le ceramiche sono meccanicamente resistenti e quindi è difficile forarle meccanicamente o utilizzando i laser. Così, la fabbricazione multistrato di PCB in ceramica diventa difficile.

3. Metalli (Rame e alluminio)

Usiamo principalmente l'alluminio per realizzare PCB con nucleo metallico. I metalli hanno una maggiore conduttività termica rispetto alle resine epossidiche & occhiali e hanno un costo di produzione ragionevole. Perciò, sono abbastanza efficaci per applicazioni che richiedono l'esposizione a cicli termici e necessitano di dissipazione del calore. L'anima in metallo consente di per sé un efficiente sollievo termico e dissipazione del calore e quindi non abbiamo bisogno di processi e meccanismi aggiuntivi. Così, i costi di produzione tendono a diminuire.

PCB ad alta conducibilità termica rispetto a PCB convenzionali

• I materiali con elevata conduttività termica come ceramiche e metalli consentono una migliore dissipazione del calore rispetto ai materiali con bassa conduttività termica come FR4.
• I materiali con bassa conduttività termica richiedono via e fori per piastre passanti per la rimozione del calore.
• Perciò, le fasi di lavorazione tendono ad aumentare nel caso di materiali a bassa conducibilità termica del PCB.
• Così, il processo produttivo diventa complesso e i costi tendono ad aumentare.
• D'altra parte, i materiali con elevata conducibilità termica del PCB non necessitano di processi e meccanismi aggiuntivi per il rilievo termico o la dissipazione del calore.
• Quindi, le fasi di produzione e i costi tendono a diminuire per materiali con bassa conducibilità termica del PCB.
• I materiali con elevata conducibilità termica del PCB non consentono la localizzazione delle sollecitazioni termiche. Questo perché il calore si muove facilmente attraverso di loro e gli stress non sono in grado di segregarsi in un unico posto.
• Perciò, la struttura è termicamente stabile e queste tavole tendono ad avere una durata maggiore.
• In confronto, i materiali con bassa conducibilità termica del PCB ostacolano il flusso di calore e quindi consentono la localizzazione delle sollecitazioni.
• Perciò, hanno una bassa stabilità termica e quindi hanno una durata di vita più breve.
• Poiché il materiale ad alta conducibilità termica non necessita di via, c'è più spazio per il montaggio dei componenti.
• Quindi, Il PCB con elevata conduttività termica è più denso e di dimensioni ridotte.
• Questo ci consente di realizzare PCB più piccoli ed efficienti.
• È un dato di fatto che i materiali con elevata conducibilità termica hanno anche un'elevata conduttività elettrica. Perciò, è più vantaggioso utilizzare materiali con un'elevata conduttività termica del PCB.
• I materiali che hanno un'elevata conduttività termica hanno anche un CTE stabile. Ciò significa che mostrano proprietà di espansione termica desiderabili. Questo ci consente di realizzare PCB che sono termicamente e dimensionalmente stabili.
• Poiché i materiali con elevata conducibilità termica sono termicamente stabili, possiamo utilizzarli in applicazioni estreme perché siamo certi che non si verificherà il loro degrado termico.

Dissipazione del calore attraverso la conduttività termica del PCB

Viviamo in un'era in cui è possibile eseguire imballaggi microelettronici e la tecnologia di integrazione è prontamente disponibile. Perciò, la densità di potenza complessiva dei dispositivi elettronici è in costante aumento. però, le dimensioni fisiche dei dispositivi elettronici e dei componenti elettronici sono in costante diminuzione. Così, il calore generato viene istantaneamente segregato, il che porta alla dissociazione o alla disintegrazione dell'intero sistema elettronico.

però, anche la densità del flusso di calore dei dispositivi elettronici è in aumento, e l'ambiente ad alta temperatura influisce anche sulle prestazioni dei dispositivi elettronici. Quindi, abbiamo bisogno di un piano più efficiente per stabilire il controllo termico, e dobbiamo affrontare frontalmente il problema della dissipazione del calore per aprire nuove strade di Produzione di PCB.

La soluzione

Gli ingegneri hanno escogitato alcune strategie per risolvere questi problemi con la gestione termica. Questi includono,

• Aumentare la conduttività termica del PCB per migliorare la dissipazione del calore
• Utilizzo di materiali in grado di resistere a temperature di esercizio più elevate. Possiamo farlo migliorando la temperatura di decomposizione termica.
• Migliorare l'adattamento termico del materiale al suo ambiente e il ciclo termico. Possiamo farlo migliorando il CTE.

La strategia più efficiente da questi è quella di utilizzare materiale con elevata conduttività termica per combattere la dissipazione del calore. Questo perché questi materiali consentono un trasferimento di calore regolare e il calore non si accumula mai in un unico posto. Quindi, il calore esce dall'impianto non appena viene generato e non danneggia la scheda. Il problema sorge solo quando c'è un ostacolo al flusso di calore e inizia ad accumularsi. In questo caso, porterà a stress termici e danneggerà il PCB. Ecco perché non è consigliabile utilizzare materiali con bassa conduttività termica PCB in applicazioni di fascia alta.

Se stai riscontrando problemi con la dissipazione del calore nelle tue schede, sei nel posto giusto. Tecnologia MOKO ha una vasta esperienza nella progettazione e nello sviluppo di PCB con elevata conducibilità termica. Possiamo realizzare per voi PCB ad alta conducibilità termica personalizzati che soddisferanno le vostre esigenze e consentiranno un'efficiente dissipazione del calore heat. Sentiti libero di contattarci se hai qualche domanda.