Técnicas Avançadas de Dissipação de Calor para Desempenho Confiável de PCB

Quando você precisa criar placas de circuito impresso (PCBs) para vários dispositivos e equipamentos, uma das principais considerações que você vai querer fazer é o quão bem ela dissipa o calor. Ao dissipar adequadamente o calor em PCBs, você pode protegê-los contra problemas de desempenho e falhas totais causadas por temperaturas excessivas. Qualquer PCB em que você invista deve ser projetado com recursos adequados de dissipação de calor para garantir que não superaquecerá e fornecerá desempenho consistente.

Descubra mais sobre por que o calor é um problema e algumas dicas para dissipação de calor em PCBs.

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 com base no design do circuito, na quantidade de potência e nas características do dispositivo. Você frequentemente descobrirá que componentes montados inadequadamente, elementos externos, ventilação inadequada e montagem inadequada causam superaquecimento de PCBs.

Embora PCBs possam lidar com algum calor, temperaturas excessivas podem causar alguns problemas graves. Alguns efeitos negativos nos PCBs devido ao excesso de calor incluem interrupção de linhas de circuito, oxidação de componentes, perda de integridade estrutural e taxas de expansão de material incompatíveis. Estes efeitos podem fazer o desempenho de um PCB diminuir. Se o PCB for exposto a muito calor por um período prolongado, 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 problemas significativos, você provavelmente vai querer que seu PCB tenha propriedades de dissipação de calor. Quando você quer remover calor de seus PCBs, pode confiar em algumas técnicas diferentes de dissipação de calor. Por exemplo, adicionar dissipadores de calor e ventoinhas de resfriamento pode ser uma excelente maneira de dissipar calor.

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

1. Adicionar Ventoinhas de Resfriamento e Dissipadores de Calor

Dissipadores de calor são peças metálicas termicamente condutivas com uma grande superfície, e designers de PCB comumente os usam para dissipar calor. Geralmente, estas peças são anexadas a componentes geradores de calor como dispositivos de comutação. Uma vez anexados, um dissipador de calor permitirá que o componente transfira calor para outras áreas e dissipe calor sobre a grande superfície do dissipador de calor.

Junto com o uso de dissipadores de calor em seus PCBs e outros componentes em seu dispositivo, você pode adicionar ventoinhas de resfriamento. Estas ventoinhas adicionam um fluxo de ar frio em seu dispositivo para remover calor rapidamente e impedir que ele se acumule. Geralmente, ventoinhas de resfriamento são usadas para fontes de alimentação de alta corrente, pois ajudam na remoção de calor mais eficiente e rápida.

2. Utilizar Trilhas de Cobre Espessas

Quando você precisa de um PCB para aplicações de alta potência, adicionar trilhas de cobre grossas e pesadas é geralmente a escolha certa. Ao utilizar trilhas de cobre espessas, o calor terá uma superfície maior para distribuição e dissipação de calor.

3. Investir em Heat Pipes (Tubos de Calor)

Se você tem um PCB instalado em um dispositivo compacto com uma quantidade limitada de espaço, heat pipes podem ajudar com a dissipação de calor do PCB. Estes tubos ajudam a absorver calor com fluidos, como pequenas quantidades de amônia, água, acetona ou nitrogênio. Após o fluido absorver o calor, o tubo então liberará vapor. Este vapor flui pelo tubo até atingir um condensador, que então condensa o vapor em forma líquida, permitindo que o tubo ciclicamente continuamente.

Devido à capacidade de um heat pipe de transferir calor facilmente, empresas que buscam uma transferência passiva confiável e econômica frequentemente os escolhem. Com estes tubos instalados, seus dispositivos terão melhor condutividade térmica e não exigirão muita manutenção. Estes tubos também são muito silenciosos devido à falta de partes móveis, e são livres de vibração.

4. Escolher os Materiais de Placa Certos

Outra técnica para melhor dissipação de calor é escolher materiais de placa mais adequados para remover calor. Alguns materiais de PCB não têm 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 base de poliamida é frequentemente uma boa escolha para dissipação de calor. PCBs flexíveis têm materiais mais finos e flexíveis permitindo uma razão maior de área de superfície para volume. PCBs de alumínio, um tipo de placa de núcleo metálico, são outra excelente escolha para dissipação de calor devido à sua camada dielétrica. Esta camada ajuda a absorver calor e transferi-lo para a camada de alumínio, onde o calor é efetivamente disperso. Estes PCBs de alumínio são benéficos para aplicações de alta potência. Para projetos de alta temperatura, PCBs de cobre fornecem a melhor dissipação de calor e condutividade térmica.

Uma opção não metálica eficaz são PCBs de cerâmica. Tipicamente feitos de nitreto de alumínio ou alumina, PCBs de cerâmica são adequados para aplicações que exigem alta resistência ao calor e conexões de alta frequência. Além de alta condutividade térmica, eles têm um baixo coeficiente de expansão térmica, grande versatilidade e resistência à erosão química, então funcionam bem em numerosos ambientes.

5. Usar Arrays de Vias Térmicas

Arrays de vias térmicas são outra excelente escolha para dissipação de calor, ajudando a aumentar a área e massa do cobre. Ao expandir a massa e área do cobre, um dispositivo terá resistência térmica reduzida. Arrays de vias térmicas também oferecem maior dissipação de calor para componentes críticos porque permitem melhor condução. Devido à sua capacidade de dissipar calor e reduzir resistência térmica, empresas frequentemente utilizam arrays de vias térmicas próximas a fontes de calor para alcançar desempenho melhorado.

Arrays de vias térmicas são populares para empresas que buscam remover dissipadores de calor de seu PCB. Arrays de vias térmicas podem ser combinados com um pad em certas aplicações para conduzir calor para longe de um dispositivo. Esta combinação melhora a dissipação de calor do PCB enquanto também remove a necessidade de dissipadores de calor.

6. Implementar Tecnologia Copper Coin (Moeda de Cobre)

Moedas de cobre são pequenas peças de cobre embutidas no PCB. Geralmente são colocadas diretamente sob um componente gerando muito calor. Elas aproveitam a condutividade térmica superior do cobre para puxar calor do componente diretamente para o dissipador de calor. Moedas de cobre são uma ótima maneira de dissipar 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 embutida em um slot do PCB e laminada e metalizada para uma conexão apertada.

7. Otimizar o Layout do PCB

Quando uma empresa projeta um PCB, eles frequentemente confiam em algumas melhores práticas para garantir efetivamente que o layout do PCB dissipe calor. Algumas práticas incluem colocar partes sensíveis à temperatura nas regiões de temperatura mais baixa de um dispositivo, como na parte inferior, e evitar instalá-las em cima de dispositivos de aquecimento. Designers também escalonarão múltiplas partes colocadas em um plano horizontal para maior ventilação. Se uma empresa quiser manter melhor controle da temperatura do PCB, eles colocarão o termômetro na área mais quente para medições precisas.

Um excelente layout de PCB garantirá que fontes de calor sejam instaladas o mais longe possível umas das outras para evitar acúmulo excessivo de calor. Se um PCB tem uma ventoinha de resfriamento, também é uma boa ideia para designers colocarem componentes geradores de calor a jusante da ventoinha de resfriamento enquanto instalam partes de baixa geração de calor a montante da ventoinha. Designers especialistas de PCB estudarão a circulação de ar do PCB, colocando dispositivos de alta produção de calor na área apropriada baseada no fluxo de ar.

Escolha Millennium Circuits Limited para Suas Necessidades de PCB

Na Millennium Circuits Limited (MCL), regularmente consultamos e fornecemos a nossos clientes PCBs com dissipação de calor excepcional. Como sabemos como o calor pode impactar negativamente um PCB, tomamos muito cuidado em trabalhar com nossos clientes durante as etapas de prototipagem e engenharia para garantir que quaisquer PCBs que fornecemos aos clientes atendam à sua aplicação necessária e não sejam propensos a superaquecimento. Como dedicamos tempo para entender as necessidades de nossos clientes e fornecemos PCBs de alta qualidade e custo-benefício correspondendo às suas especificações, estamos confiantes de que podemos ajudar você.

Revise nossas capacidades de PCB hoje. Se você tiver alguma dúvida ou quiser um orçamento gratuito, por favor sinta-se à vontade para nos contatar.