Técnicas de Dissipação de Calor

Quando você precisa criar placas de circuito impresso (PCBs) para vários dispositivos e equipamentos, uma das principais considerações que você deve fazer é quão bem elas dissipam o calor. Ao dissipar adequadamente o calor nos PCBs, você pode protegê-los contra problemas de desempenho e quebras totais causadas por temperaturas excessivas. Qualquer PCB em que você investir deve ser projetada com recursos adequados de dissipação de calor para garantir que não superaqueça e forneça um desempenho consistente.

Saiba mais sobre por que o calor é um problema e algumas dicas para dissipação de calor de PCB.

Por que o calor é um problema em PCBs

Sempre que uma corrente flui através de componentes eletrônicos, a carga térmica aumenta. A quantidade de calor que o componente eletrônico produz varia de acordo com o projeto do circuito, a quantidade de energia e as características do dispositivo. Muitas vezes você descobrirá que componentes montados incorretamente, elementos externos, ventilação inadequada e montagem inadequada causam o superaquecimento dos PCBs.

Embora os PCBs possam lidar com algum calor, o excesso de temperaturas pode causar alguns problemas importantes. Alguns efeitos negativos sobre os PCBs devido ao excesso de calor incluem a interrupção das linhas do circuito, oxidação de componentes, perda de integridade estrutural e taxas de expansão de materiais incompatíveis. Esses efeitos podem fazer com que o desempenho de um PCB diminua. Se o PCB for exposto a muito calor por um longo período, o PCB começará a funcionar mal e pode até falhar completamente, com danos permanentes ao PCB.

Técnicas de dissipação de calor

Como o excesso de calor pode causar alguns problemas significativos, você provavelmente desejará que sua PCB tenha propriedades de dissipação de calor. Quando você deseja remover o calor de seus PCBs, pode confiar em algumas técnicas diferentes de dissipação de calor. Por exemplo, adicionar dissipadores de calor e ventiladores de refrigeração pode ser uma excelente maneira de dissipar o calor.

Saiba mais sobre como dissipar o calor em PCBs analisando algumas técnicas principais abaixo:

1. Adicionar ventiladores e dissipadores de calor

Dissipadores de calor são peças metálicas termicamente condutoras com uma grande superfície, e os projetistas de PCB geralmente os usam para dissipar o calor. Normalmente, essas peças são conectadas a componentes produtores de calor, como dispositivos de comutação. Uma vez conectado, um dissipador de calor permitirá que o componente transfira calor para outras áreas e dissipe o calor sobre a grande superfície do dissipador de calor.

Além de empregar dissipadores de calor em seus PCBs e outros componentes em seu dispositivo, você pode adicionar ventiladores de refrigeração. Esses ventiladores adicionam um fluxo de ar frio ao seu dispositivo para remover rapidamente o calor e impedir que ele se acumule. Geralmente, os ventiladores de resfriamento são usados ​​para fontes de alimentação de alta corrente, pois auxiliam na remoção de calor mais eficiente e rápida.

2. Utilize Traços de Cobre Grosso

Quando você precisa de um PCB para aplicações de alta potência, adicionar traços de cobre grossos e pesados ​​geralmente é a escolha certa. Ao utilizar traços de cobre espessos, o calor terá uma superfície maior para distribuição e dissipação de calor.

3. Invista em tubos de calor

Se você tiver um PCB instalado em um dispositivo compacto com uma quantidade limitada de espaço, os tubos de calor podem ajudar na dissipação de calor do PCB. Esses tubos ajudam a absorver o calor com fluidos, como pequenas quantidades de amônia, água, acetona ou nitrogênio. Depois que o fluido absorve o calor, o tubo libera vapor. Este vapor flui pelo tubo até chegar a um condensador, que então condensa o vapor em uma forma líquida, permitindo que o tubo circule continuamente.

Devido à capacidade de um tubo de calor de transferir calor facilmente, as empresas que procuram uma transferência passiva econômica e confiável geralmente os escolhem. Com esses tubos instalados, seus dispositivos terão melhor condutividade térmica e não exigirão muita manutenção. Esses tubos também são muito silenciosos devido à falta de peças móveis e são livres de vibração.

4. Escolha os materiais de conselho certos

Outra técnica para melhor dissipação de calor é escolher os materiais de placa mais adequados para remover o calor. Alguns materiais de PCB não possuem as propriedades necessárias para lidar com calor extremo. Se você sabe que seu dispositivo será exposto a altas temperaturas, é essencial selecionar materiais com propriedades de dissipação de calor.

Usar uma base de poliimida geralmente é uma boa opção para dissipação de calor. Flex PCBs têm materiais mais finos e flexíveis, permitindo uma maior relação área de superfície por volume. PCBs de alumínio, um tipo de placa de núcleo de metal, são outra excelente escolha para dissipação de calor devido à sua camada dielétrica. Esta camada ajuda a absorver o calor e transferi-lo para a camada de alumínio, onde o calor é efetivamente disperso. Esses PCBs de alumínio são benéficos para aplicações de alta potência. Para projetos de alta temperatura, os PCBs de cobre fornecem a melhor dissipação de calor e condutividade térmica.

Uma opção não metálica eficaz são os PCBs cerâmicos. Normalmente feitos de nitreto de alumínio ou alumina, os PCBs cerâmicos são adequados para aplicações que exigem alta resistência ao calor e conexões de alta frequência. Além de uma alta condutividade térmica, possuem baixo coeficiente de expansão térmica, grande versatilidade e resistência à erosão química, por isso funcionam bem em inúmeros ambientes.

5. Use matrizes de via térmica

As matrizes de via térmica são outra excelente opção para dissipação de calor, ajudando a aumentar a área e a massa do cobre. Ao expandir a massa e a área do cobre, um dispositivo terá uma resistência térmica reduzida. As matrizes térmicas também oferecem maior dissipação de calor para componentes críticos, pois permitem uma melhor condução. Devido à sua capacidade de dissipar o calor e reduzir a resistência térmica, as empresas geralmente utilizam matrizes térmicas próximas a fontes de calor para obter melhor desempenho.

As matrizes térmicas são populares para empresas que desejam remover dissipadores de calor de seus PCBs. As matrizes térmicas podem ser combinadas com uma almofada em determinadas aplicações para conduzir o calor para longe de um dispositivo. Essa combinação melhora a dissipação de calor do PCB e, ao mesmo tempo, elimina a necessidade de dissipadores de calor.

6. Implementar a tecnologia de moedas de cobre

As moedas de cobre são pequenos pedaços de cobre embutidos no PCB. Eles geralmente são colocados diretamente sob um componente que gera muito calor. Eles aproveitam a condutividade térmica superior do cobre para puxar o calor do componente diretamente para o dissipador de calor. As moedas de cobre são uma ótima maneira de dissipar o calor e são comumente usadas quando você tem um pequeno número de componentes que geram a maior parte do calor.

Esta solução localizada vem em algumas formas diferentes, incluindo T-Coins, I-Coins e C-Coins, que você usaria dependendo da forma da área. Após o roteamento, a moeda é encaixada em um slot PCB e laminada e metalizada para uma conexão firme.

7. Otimize o layout do PCB

Quando uma empresa projeta um PCB, geralmente confia em algumas práticas recomendadas para garantir efetivamente que o layout do PCB dissipe o calor. Algumas práticas incluem colocar peças sensíveis à temperatura nas regiões de temperatura mais baixas de um dispositivo, como na parte inferior, e evitar instalá-las em cima de dispositivos de aquecimento. Os designers também irão escalonar várias peças colocadas em um plano horizontal para maior ventilação. Se uma empresa quiser acompanhar melhor a temperatura de sua PCB, ela colocará o termômetro na área mais quente para medições precisas.

Um excelente layout de PCB garantirá que as fontes de calor sejam instaladas mais distantes umas das outras para evitar o acúmulo excessivo de calor. Se uma PCB tiver uma ventoinha de resfriamento, também é uma boa ideia que os projetistas coloquem componentes geradores de calor a jusante da ventoinha de resfriamento enquanto instalam peças de baixa geração de calor a montante da ventoinha. Os projetistas especialistas de PCB estudarão a circulação de ar do PCB, colocando dispositivos de alta produção de calor na área apropriada com base no fluxo de ar.

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Na Millennium Circuits Limited (MCL), consultamos e fornecemos regularmente aos nossos clientes PCBs com uma dissipação de calor excepcional. Como sabemos como o calor pode afetar negativamente um PCB, tomamos muito cuidado ao trabalhar com nossos clientes durante os estágios de prototipagem e engenharia para garantir que quaisquer PCBs que fornecemos aos clientes se ajustem à aplicação necessária e não sejam propensos a superaquecimento. Como dedicamos tempo para entender as necessidades de nossos clientes e fornecer PCBs de alta qualidade e econômicos que atendem às suas especificações, estamos confiantes de que podemos ajudá-lo.

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