Ġestjoni Termali ta 'PCBs ta' Enerġija Għolja
Id-disinjaturi jiffaċċjaw kwistjonijiet kumplessi FIL jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-enerġija, li jinkludu ġestjoni termali effettiva, li tibda bid-disinn tal-PCB. -spazji iżgħar. Id-disinjaturi jiffaċċjaw sfidi dejjem aktar eżiġenti biex jissodisfaw ir-rekwiżiti tad-daqs, il-piż u l-enerġija tas-sistema, li jinkludu ġestjoni termali effettiva, li tibda bid-disinn tal-bord taċ-ċirkwit stampat.
Apparati ta 'enerġija attiva ta' densità għolja ta 'integrazzjoni, bħal transistors MOSFET, jistgħu jxerrdu ammont sinifikanti ta' sħana u għalhekk jeħtieġu PCBs li jistgħu jittrasferixxu s-sħana mill-aktar komponenti sħan għal pjani tal-art jew uċuħ li jxerrdu s-sħana, li joperaw b'mod effiċjenti u effettiv kemm jista 'jkun. L-istress termali huwa wieħed mill-kawżi ewlenin ta 'funzjonament ħażin tal-apparati tal-enerġija, peress li jwassal għal degradazzjoni tal-prestazzjoni jew saħansitra ħsara possibbli jew falliment tas-sistema. It-tkabbir mgħaġġel tad-densità tal-qawwa tal-apparati u ż-żieda kostanti fil-frekwenzi huma r-raġunijiet ewlenin li jikkawżaw tisħin eċċessiv ta 'komponenti elettroniċi. L-użu dejjem aktar mifrux ta 'semikondutturi b'telf ta' enerġija mnaqqas u konduttività termali aħjar, bħal materjali ta 'bandgap wiesa', mhuwiex fih innifsu biżżejjed biex jelimina l-ħtieġa għal ġestjoni termali effettiva.
L-apparati tal-enerġija kurrenti bbażati fuq is-silikon jiksbu temperatura tal-junction bejn madwar 125˚C u 200˚C. Madankollu, huwa dejjem preferibbli li l-apparat jaħdem taħt dan il-limitu, peress li dan iwassal għal degradazzjoni rapida tal-istess u tnaqqis tal-ħajja residwa tiegħu. Fil-fatt, ġie stmat li żieda ta '20˚C fit-temperatura operattiva, ikkawżata minn ġestjoni termali mhux xierqa, tista' tnaqqas il-ħajja residwa tal-komponenti sa 50 fil-mija.
Approċċ tat-tqassim:
Approċċ għall-ġestjoni termali segwit b'mod komuni f'ħafna proġetti huwa l-użu ta 'sottostrati b'Livell standard ta' Flame Retardant 4 (FR-4), materjal rħas u li jaħdem faċilment, li jiffoka fuq l-ottimizzazzjoni termali tat-tqassim taċ-ċirkwit.
Il-miżuri ewlenin adottati jikkonċernaw il-provvista ta 'uċuħ tar-ram addizzjonali, l-użu ta' traċċi bi ħxuna akbar, u l-inserzjoni ta 'via termali taħt il-komponenti li jiġġeneraw l-akbar ammont ta' sħana. Teknika aktar aggressiva, li kapaċi tinħela ammont akbar ta 'sħana, tinvolvi ddaħħal fil-PCB jew tapplika fuq is-saffi l-aktar 'il barra blokki tar-ram reali, tipikament fil-forma ta' munita (għalhekk l-isem "muniti tar-ram"). Il-muniti tar-ram huma pproċessati separatament u mbagħad issaldjati jew imwaħħla direttament mal-PCB, jew jistgħu jiddaħħlu fis-saffi ta 'ġewwa u konnessi mas-saffi ta' barra permezz ta 'vias termali. Il-Figura 1 turi PCB li fih saret kavità speċjali biex tospita munita tar-ram.
Ir-ram għandu koeffiċjent ta' konduttività termali ta' 380 W/mK, meta mqabbel ma' 225 W/mK għall-aluminju u ma' 0.3 W/mK għal FR-4. Ir-ram huwa metall relattivament irħis u diġà użat ħafna fil-manifattura tal-PCB; għalhekk, hija l-għażla ideali biex isiru muniti tar-ram, vias termali u pjani tal-art, is-soluzzjonijiet kollha kapaċi jtejbu d-dissipazzjoni tas-sħana.
Pożizzjonament xieraq tal-komponenti attivi fuq il-bord huwa fattur kruċjali fil-prevenzjoni tal-formazzjoni ta 'hot spots, u b'hekk jiġi żgurat li s-sħana titqassam bl-aktar mod uniformi possibbli tul il-bord kollu. F'dan ir-rigward, il-komponenti attivi għandhom jitqassmu fl-ebda ordni partikolari madwar il-PCB biex tiġi evitata l-formazzjoni ta 'hot spots f'żona speċifika. Madankollu, huwa aħjar li tevita li tpoġġi komponenti attivi li jiġġeneraw ammont sinifikanti ta 'sħana ħdejn it-truf tal-bord. Bil-maqlub, għandhom ikunu pożizzjonati kemm jista 'jkun qrib iċ-ċentru tal-bord, u jiffavorixxu distribuzzjoni uniformi tas-sħana. Jekk apparat ta 'qawwa għolja huwa mmuntat ħdejn it-tarf tal-bord, se jibni s-sħana fuq it-tarf, u jżid it-temperatura lokali. Jekk, min-naħa l-oħra, titqiegħed ħdejn iċ-ċentru tal-bord, is-sħana tinħela fuq il-wiċċ fid-direzzjonijiet kollha, tnaqqas it-temperatura u tinħela s-sħana aktar faċilment. L-apparati tal-enerġija m'għandhomx jitqiegħdu qrib komponenti sensittivi u għandhom ikunu spazjati sew minn xulxin.
Għażla tas-sottostrat tal-PCB:
Minħabba l-konduttività termali baxxa tiegħu — bejn {{0}}.2 u 0.5 W/mK — FR-4 ġeneralment mhux adattat għal applikazzjonijiet li fihom jeħtieġ li jinħeles ammont kbir ta 'sħana. Is-sħana li tista 'tibni f'ċirkwiti ta' qawwa għolja hija konsiderevoli, aggravata mill-fatt li dawn is-sistemi ħafna drabi joperaw f'ambjenti ħarxa u temperaturi estremi. L-użu ta 'materjal ta' substrat alternattiv b'konduttività termali ogħla jista 'jkun għażla aħjar milli tuża l-FR-4 tradizzjonali.
Materjali taċ-ċeramika, pereżempju, joffru vantaġġi sinifikanti għall-ġestjoni termali ta 'PCBs ta' qawwa għolja. Minbarra l-konduttività termali mtejba, dawn il-materjali joffru proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti li jgħinu biex jikkumpensaw għall-istress akkumulat waqt iċ-ċikliżmu termali ripetut. Barra minn hekk, materjali taċ-ċeramika għandhom telf dielettriku aktar baxx li joperaw fi frekwenzi sa 10 GHz. Għal frekwenzi ogħla, huwa dejjem possibbli li tagħżel materjali ibridi (bħal PTFE), li joffru telf ugwalment baxx bi tnaqqis modest fil-konduttività termali.
Aktar ma tkun għolja l-konduttività termali ta 'materjal, iktar ikun mgħaġġel it-trasferiment tas-sħana. Minn dan jirriżulta li metalli bħall-aluminju, minbarra li huma eħfef miċ-ċeramika, joffru soluzzjoni eċċellenti għat-trasferiment tas-sħana 'l bogħod mill-komponenti. L-aluminju partikolarment huwa konduttur eċċellenti, għandu durabilità eċċellenti, huwa riċiklabbli, u mhux tossiku. Grazzi għall-konduttività termali għolja tagħhom, is-saffi tal-metall jgħinu biex jittrasferixxu malajr is-sħana madwar il-bord. Xi manifatturi joffru wkoll PCBs miksija bil-metall, fejn iż-żewġ saffi ta 'barra huma miksija bil-metall, tipikament aluminju jew ram galvanizzat. Mil-lat tal-ispiża għal kull unità-piż, l-aluminju huwa l-aħjar għażla, filwaqt li r-ram joffri konduttività termali ogħla. L-aluminju huwa użat ħafna għall-kostruzzjoni ta 'PCBs li jappoġġjaw LEDs ta' qawwa għolja (eżempju huwa muri fil-Figura 2), li fih huwa wkoll partikolarment utli għall-kapaċità tiegħu li jirrifletti d-dawl 'il bogħod mis-sottostrat.
PCBs tal-metall, magħrufa wkoll bħala sottostrati tal-metall iżolanti (IMS), jistgħu jiġu laminati direttament fil-PCB, li jirriżulta f'bord b'sottostrati FR-4 u qalba tal-metall b'teknoloġija b'saff wieħed u b'saff doppju b'rotta ta 'kontroll tal-fond, li jservi biex jittrasferixxi s-sħana lil hinn minn komponenti abbord u lejn żoni inqas kritiċi. Fil-PCBs IMS, saff irqiq ta 'dielettriku konduttiv termalment iżda elettrikament iżolanti huwa laminat bejn bażi tal-metall u fojl tar-ram. Il-fojl tar-ram huwa nċiżi fil-mudell taċ-ċirkwit mixtieq u l-bażi tal-metall tassorbi s-sħana minn dan iċ-ċirkwit permezz tad-dielettriku irqiq.
Il-vantaġġi ewlenin offruti mill-PCBs IMS huma dawn li ġejjin:
1. Id-dissipazzjoni tas-sħana hija ogħla b'mod sinifikanti mill-kostruzzjonijiet standard FR-4.
2. Id-dielettriċi huma tipikament 5 × sa 10 × aktar konduttivi termali minn ħġieġ epossidiku normali.
3. It-trasferiment termali huwa b'mod esponenzjali aktar effiċjenti milli f'PCB konvenzjonali.
4. Minbarra t-teknoloġija LED (sinjali illuminati, wirjiet, u dawl), il-bordijiet taċ-ċirkwiti IMS jintużaw ħafna fl-industrija tal-karozzi (fanali ta 'quddiem, kontroll tal-magna, u power steering), fl-elettronika tal-enerġija (provvista ta' enerġija DC, invertituri, u kontroll tal-magna) , fi swiċċijiet, u f'relays semikondutturi.
