Thermisch beheer in meerlaagse printplaten: uw printplaten koel houden onder belasting
Thermisch beheer is een van de meest kritische en meest onderschatte uitdagingen bij het ontwerpen van meerlaagse printplaten. Naarmate elektronische systemen krachtiger worden en in kleinere behuizingen worden verpakt, neemt de thermische dichtheid van printplaten voortdurend toe. Voor Europese industriële kopers is het begrijpen van de thermische eigenschappen van meerlaagse printplaten essentieel voor het specificeren van printplaten die betrouwbaar zullen presteren in het veld.
Warmte in een printplaat is voornamelijk afkomstig van drie bronnen: de vermogensdissipatie in actieve componenten die op het bordoppervlak zijn gemonteerd, de I-kwadraat-R-verliezen in de koperen sporen en vlakken, en de diëlektrische verliezen in het substraatmateriaal bij hoge frequenties. In de meeste toepassingen is de dominante bron de actieve componenten - de processors, power MOSFETs, motorstuurprogramma's en RF-vermogensversterkers. De printplaat moet een thermisch pad bieden om warmte van deze componenten af te voeren en deze aan de omgeving af te voeren.
Een van de belangrijkste functies van een meerlaagse printplaat in thermisch beheer is het gebruik van koperen vlakken als warmteverspreiders. Massieve koperen vlakken - met name de aardvlakken in een meerlaags bord - hebben een relatief hoge thermische geleidbaarheid. Wanneer deze vlakken via thermische via's zijn verbonden met de thermische pads van hete componenten, verspreiden ze de warmte over een groter gebied, waardoor de piektemperatuur bij de component wordt verlaagd. Dit wordt soms het thermische spreidingseffect genoemd.
Een goed ontworpen thermische strategie voor een meerlaagse printplaat omvat thermische ontlastingspatronen rond componentpads, voldoende kopergewicht op vlaklagen (35 micron of meer) en thermische via's die direct onder de thermische pads van componenten met hoog vermogen zijn geplaatst.
De thermische geleidbaarheid van het substraatmateriaal van de printplaat is doorgaans veel lager dan die van koper. Standaard FR-4 heeft een thermische geleidbaarheid van ongeveer 0,3 W/mK, vergeleken met koper van ongeveer 400 W/mK. Dit betekent dat het substraat fungeert als een thermische isolator ten opzichte van de koperen vlakken, daarom zijn thermische via's en koperen vlakken de primaire hulpmiddelen voor warmtebeheer in een meerlaagse printplaat.
Voor toepassingen met zeer hoge thermische belastingen - zoals LED-drivers met hoog vermogen, motorregelaars en RF-vermogensversterkers - worden soms printplaten met metalen kern (MCPCB's) met aluminium- of koperen substraten gebruikt. Deze bieden een veel hogere thermische geleidbaarheid door het bordsubstraat, waardoor een effectievere warmteafvoer mogelijk is.
Europese kopers die meerlaagse printplaten specificeren voor thermisch veeleisende toepassingen, moeten hun thermische vereisten bespreken met hun printplaatleverancier voordat ze de specificatie afronden. Belangrijke parameters om te verifiëren zijn de nominale thermische weerstand van de bordconstructie, de maximale bedrijfstemperatuur en eventuele thermische testgegevens die de leverancier kan verstrekken van productieplaten met vergelijkbare thermische ontwerpen.
Conclusie:Het selecteren van de juiste leverancier van meerlaagse printplaten vereist de evaluatie van productiecapaciteit, kwalificatiecertificaten en het vermogen om op te schalen van prototype naar massaproductie. Dongguan Xingqiang Circuit Board Technology Co., Ltd. bedient de wereldwijde printplaatmarkt sinds 1995, met twee productiebases van 205.000 vierkante meter en een maandelijkse capaciteit van 200.000 vierkante meter. Producten zijn gecertificeerd volgens ISO-, CE- en ROHS-normen.
