No mundo acelerado de hoje, os dispositivos eletrônicos estão diminuindo rapidamente de tamanho e, ao mesmo tempo, expandindo sua funcionalidade. Para acompanhar essa tendência, o design das PCBs também precisa evoluir para ser mais compacto. Imagine uma pequena placa de circuito com uma variedade de componentes eletrônicos, todos gerando calor. Se medidas eficazes de gerenciamento térmico não forem tomadas, o funcionamento normal e a vida útil do equipamento serão afetados. Uma das maneiras mais eficazes de obter o gerenciamento térmico ideal da placa de circuito impresso (PCB) é conectar um dissipador de calor à placa. Neste artigo, apresentaremos de forma abrangente este importante componente, incluindo seus materiais, princípios de funcionamento, cenários de aplicação, guia de seleção, etc.
O que é dissipador de calor para PCB?
O dissipador de calor do PCB é um componente de gerenciamento térmico passivo, geralmente feito de metal, um material com alta condutividade térmica. Sua função principal é absorver e dissipar o calor gerado pelos componentes eletrônicos na placa de circuito impresso por meio da condução térmica, mantendo assim a temperatura do dispositivo dentro de uma faixa operacional segura e evitando danos ou degradação do desempenho.
Materiais do dissipador de calor do PCB
Os materiais comumente usados para fazer dissipadores de calor de placas de circuito são os seguintes:
- Alumínio: O alumínio é o material mais comum para dissipadores de calor. É leve e possui condutividade térmica relativamente alta. Mais importante ainda, é mais barato do que outros materiais para dissipadores de calor, por isso é amplamente utilizado.
- Cobre: Possui maior condutividade térmica que o alumínio, mas apresenta um custo mais elevado. Por isso, é frequentemente utilizado na fabricação de dissipadores de calor para aplicações de alto desempenho.
- Ligas de alumínio: Várias ligas de alumínio oferecem propriedades mecânicas aprimoradas e podem ser adaptadas para atender a requisitos específicos de condutividade térmica, resistência e resistência à corrosão.
- Grafite: O grafite, embora não seja um metal, tem uma condutividade térmica relativamente alta e pode ser usado em dissipadores de calor de PCB, especialmente em aplicações onde o peso é uma preocupação crítica.
- Cerâmica: É particularmente adequada em situações onde o isolamento elétrico também é um requisito, além da dissipação de calor. Embora a cerâmica geralmente não conduza calor tão bem quanto os metais.
Abaixo listamos um quadro para comparar esses materiais sob diferentes aspectos:
| Material | Condutividade térmica (W/mK) | Custo | Peso | Isolamento elétrico | Aplicações comuns |
| Alumínio | ~ 205 | Baixa | Claro | Não | Uso geral, amplamente aplicável |
| Cobre | ~ 385 | Alta | Pesado | Não | Aplicativos de alto desempenho |
| Ligas de Alumínio | Variável (~120-220) | Moderado | Claro | Não | Aplicações que exigem propriedades mecânicas específicas |
| Graphite | ~150-400 (anisotrópico) | Moderado-Alto | Muita luz | NÃO | Aplicações críticas de peso |
| Cerâmica | Variável (20-200) | Moderado-Alto | Moderado | Sim | Isolamento elétrico necessário |
Como funciona o dissipador de calor do PCB?
O funcionamento fundamental de um dissipador de calor para PCB baseia-se no princípio da condução de calor, em que o calor gerado pelos componentes da PCB é efetivamente transferido para o dissipador de calor, um componente projetado especificamente para esse fim. Os componentes de uma PCB frequentemente geram calor durante a operação, criando áreas de alta temperatura. O dissipador de calor, projetado para ter baixa resistência térmica, atua como uma ponte térmica, afastando o calor dos componentes. Normalmente, apresenta uma grande área de superfície, frequentemente aumentada com aletas, para facilitar a transferência eficiente de calor para o ar circundante.
Métodos de fixação do dissipador de calor da placa de circuito
Dissipadores de calor de PCB podem ser montados no PCB de várias maneiras, incluindo:
Adesivo térmico: Simples e eficazes, os adesivos térmicos (pasta ou fita) proporcionam uma ligação permanente, adequada para muitas aplicações, mas tornam os ajustes futuros desafiadores.
Pinos de pressão: ideais para fixar dissipadores de calor maiores, os pinos de pressão oferecem uma fixação forte através do PCB e são mais fáceis de remover do que os adesivos.
Clipes e suportes: fornecem uma fixação segura e sem ferramentas, conveniente para aplicações que exigem remoção ou ajuste do dissipador de calor.
Montagem por parafuso: Oferecendo uma conexão durável, os parafusos requerem furos ou espaçadores no PCB, mas facilitam a fixação e a desmontagem.
Encaixe rápido: para dissipadores de calor mais leves, os encaixes rápidos permitem instalação e remoção rápidas e sem ferramentas.
Epóxi térmico: semelhantes aos adesivos, mas oferecendo uma ligação mais forte, os epóxis térmicos são permanentes e proporcionam excelente condutividade térmica.
Âncoras de solda: usadas em aplicações de alta confiabilidade, a soldagem do dissipador de calor diretamente no PCB garante máxima durabilidade e eficiência térmica, mas é permanente.
Situações Waqui dissipador de calor PCB São Usados
Ao projetar uma PCB, como determinamos se precisamos usar um dissipador de calor? Abaixo estão as situações em que dissipadores de calor para PCB são geralmente usados:
- Quando o projeto da placa de circuito usa processadores como CPU, GPU e MPU, geralmente é necessário um dissipador de calor.
- Se houver componentes de energia, como reguladores de potência, amplificadores de potência e fontes de alimentação, um dissipador de calor na placa de circuito é necessário, pois esses componentes tendem a dissipar mais calor.
- Quando há muitos componentes na PCB e eles são muito densos, mais calor será gerado. Nesse caso, também precisamos usar um dissipador de calor para reduzir a temperatura dos componentes.
- Considere a necessidade de um dissipador de calor com base na aplicação final da placa de circuito impresso (PCB). Por exemplo, quando a placa de circuito impresso é usada em ambientes de alta temperatura, um dissipador de calor também é essencial.
Dicas para projeto de dissipador de calor de PCB
Somente projetando um dissipador de calor adequado é possível alcançar o máximo gerenciamento térmico. Aqui, fornecemos algumas dicas básicas para o projeto de dissipadores de calor para PCBs:
- Seleção de material
O alumínio tem peso menor e preço relativamente baixo, enquanto o cobre oferece condutividade térmica superior. Portanto, ao selecionar os materiais do dissipador de calor, precisamos considerar suas características de forma abrangente, incluindo condutividade térmica, custo, peso, etc. - Maximização da área de superfície
Ao projetar um dissipador de calor, você pode aumentar a área de superfície do dissipador de calor da placa de circuito usando aletas ou pinos para melhorar a dissipação de calor. Isso ocorre porque esse projeto permite que mais ar flua através do dissipador de calor, removendo o calor com mais eficiência. - Otimização do fluxo de ar
Projete o layout e o posicionamento do dissipador de calor para aproveitar o fluxo de ar natural ou forçado dentro do dispositivo. A orientação das aletas deve estar alinhada com a direção do fluxo de ar para maximizar a dissipação de calor. - Restrição de espaço
Garantir que haja espaço suficiente para a montagem do dissipador de calor na placa de circuito impresso é crucial. Por exemplo, em cenários com restrição de altura, optar por dissipadores de calor de perfil baixo pode facilitar a dissipação eficiente do calor sem violar esses limites espaciais. - Simulação e Teste
Após concluir o projeto do dissipador de calor, precisamos usar um software de simulação térmica para prever o desempenho do dissipador de calor sob várias condições operacionais, garantindo que ele possa atingir o desempenho projetado.
Conclusão
Um dissipador de calor para PCB aumenta a confiabilidade e a longevidade dos dispositivos eletrônicos, dissipando com eficiência o excesso de calor produzido pelos componentes da placa de circuito. Por meio deste blog, pretendemos compartilhar práticas líderes do setor no projeto de dissipadores de calor para placas de circuito, oferecendo insights valiosos para seus projetos. Como especialista do setor com muitos anos de experiência na área de PCB, a MOKO Technology é proficiente no projeto e na fabricação de diversos tipos de PCB. Se você tiver outras dúvidas sobre gerenciamento térmico de PCB ou quiser obter mais informações, entre em contato conosco. serviços de design de PCB de alta qualidade de nós, por favor entre em contato conosco !
