Conductividad térmica de PCB y su importancia

La conductividad térmica de una PCB es su capacidad para conducir el calor. Los materiales con menor conductividad térmica permiten una menor tasa de transferencia de calor. Por otro lado, los materiales con alta conductividad térmica permiten una mayor tasa de transferencia de calor. Por ejemplo, los metales son muy eficaces para conducir el calor gracias a su alta conductividad térmica. Por ello, se utilizan con frecuencia en aplicaciones que requieren disipación térmica. Sin embargo, los materiales con baja conductividad térmica son adecuados para aplicaciones que requieren aislamiento térmico. En este artículo, analizaremos la conductividad térmica de las PCB y cómo afecta a su rendimiento.

Conductividad térmica de PCB de diversos materiales

En esta sección, analizaremos la conductividad térmica de varios Materiales de PCB.

1. Epoxis y vidrios (FR4, PTFE y poliimida)

Utilizamos principalmente FR4 para la producción en masa de PCB. Sin embargo, en este caso, la conductividad térmica de los PCB es muy baja en comparación con materiales alternativos. Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes deben emplear diversas técnicas y métodos de gestión térmica para mantener la temperatura de los PCB y sus componentes activos dentro de un rango operativo seguro.

2. Cerámica (alúmina, nitruro de aluminio y óxido de berilio)

La cerámica ofrece una conductividad térmica mucho mayor que las resinas epóxicas y los vidrios. Sin embargo, esta mayor conductividad térmica conlleva mayores costos de fabricación. Esto se debe a su resistencia mecánica, lo que dificulta su perforación mecánica o mediante láser. Por lo tanto, la fabricación multicapa de PCB de cerámica se vuelve compleja.

3. Metales (cobre y aluminio)

Utilizamos principalmente aluminio para fabricar PCB con núcleo metálico. Los metales tienen mayor conductividad térmica que las resinas epoxi y los vidrios, y su coste de fabricación es razonable. Por lo tanto, son muy eficaces para aplicaciones que requieren exposición a ciclos térmicos y disipación de calor. El núcleo metálico permite un alivio y disipación térmica eficientes por sí solo, por lo que no necesitamos procesos ni mecanismos adicionales. Por lo tanto, los costes de fabricación tienden a disminuir.

PCB con alta conductividad térmica vs. PCB convencionales

• Los materiales con alta conductividad térmica, como la cerámica y los metales, permiten una mejor disipación del calor en comparación con materiales con baja conductividad térmica, como el FR4.
• Los materiales con baja conductividad térmica requieren vías y orificios pasantes en las placas para eliminar el calor.
• Por lo tanto, los pasos de fabricación tienden a aumentar en el caso de materiales con baja conductividad térmica de PCB.
• Por lo tanto, el proceso de fabricación se vuelve complejo y los costos tienden a aumentar.
• Por otro lado, los materiales con alta conductividad térmica de PCB no necesitan procesos y mecanismos adicionales para el alivio térmico o la disipación del calor.
• Por lo tanto, los pasos y los costos de fabricación tienden a disminuir para los materiales con baja conductividad térmica de PCB.
• Los materiales con alta conductividad térmica en PCB no permiten la localización de las tensiones térmicas. Esto se debe a que el calor se mueve fácilmente a través de ellos y las tensiones no pueden concentrarse en un solo punto.
• Por lo tanto, la estructura es térmicamente estable y estos tableros tienden a tener una vida útil más larga.
• En comparación, los materiales con baja conductividad térmica de PCB dificultan el flujo de calor y, por lo tanto, permiten la localización de la tensión.
• Por lo tanto, tienen baja estabilidad térmica y, por lo tanto, una vida útil más corta.
• Como el material con alta conductividad térmica no necesita vías, hay más espacio para montar componentes.
• Por lo tanto, los PCB con alta conductividad térmica son más densos y de menor tamaño.
• Esto nos permite fabricar PCB más pequeños y eficientes.
• Es un hecho comprobado que los materiales con alta conductividad térmica también tienen alta conductividad eléctrica. Por lo tanto, resulta más beneficioso utilizar materiales con alta conductividad térmica en PCB.
• Los materiales con alta conductividad térmica también presentan un CTE estable. Esto significa que presentan propiedades de expansión térmica deseables. Esto nos permite fabricar PCB con estabilidad térmica y dimensional.
• Dado que los materiales con alta conductividad térmica son térmicamente estables, podemos usarlos en aplicaciones extremas porque estamos seguros de que no se producirá su degradación térmica.

Disipación de calor a través de la conductividad térmica de PCB

Vivimos en una era donde es posible realizar encapsulados microelectrónicos y la tecnología de integración es fácil de conseguir. Por lo tanto, la densidad de potencia total de los dispositivos electrónicos aumenta constantemente. Sin embargo, las dimensiones físicas de los dispositivos y componentes electrónicos disminuyen constantemente. Por lo tanto, el calor generado se segrega instantáneamente, lo que provoca la disociación o desintegración de todo el sistema electrónico.

Sin embargo, la densidad del flujo térmico de los dispositivos electrónicos también está aumentando, y el entorno de alta temperatura también afecta su rendimiento. Por lo tanto, necesitamos un plan más eficiente para establecer el control térmico y abordar de frente el problema de la disipación de calor para abrir nuevas vías. Fabricación de PCB.

La Solución

Los ingenieros han ideado algunas estrategias para resolver estos problemas de gestión térmica. Estas incluyen:

• Aumentar la conductividad térmica de la PCB para mejorar la disipación del calor.
• Utilizando materiales que resistan temperaturas de operación más altas, podemos lograrlo mejorando la temperatura de descomposición térmica.
• Mejorar la adaptación térmica del material a su entorno y a sus ciclos térmicos. Esto se puede lograr mejorando el CTE.

La estrategia más eficiente es utilizar materiales con alta conductividad térmica para combatir la disipación de calor. Esto se debe a que estos materiales permiten una transferencia de calor fluida y el calor nunca se acumula en un solo punto. Por lo tanto, el calor abandona el sistema en cuanto se genera y no daña la placa. El problema solo surge cuando se obstruye el flujo de calor y este comienza a acumularse. En este caso, se producirán tensiones térmicas y se dañará la PCB. Por ello, no se recomienda utilizar materiales con baja conductividad térmica en PCB en aplicaciones de alta gama.

Si tienes problemas con la disipación de calor en tus placas, entonces estás en el lugar correcto. Tecnología MOKO Contamos con amplia experiencia en el diseño y desarrollo de PCB de alta conductividad térmica. Podemos fabricar PCB de alta conductividad térmica a medida para usted, satisfaciendo sus necesidades y permitiendo una disipación térmica eficiente. No dude en contactarnos si tiene alguna pregunta.