7 Principais Técnicas de Gestão Térmica de PCB: Aumento da Confiabilidade nos Produtos Automóveis, LED e Industriais

Fonte: Internet

CONTENUDO

• Principais conclusões
• A importância da gestão térmica de PCB
• 7 Principais Técnicas de Gestão Térmica de PCB
• Aplicações no mundo real e estudos de caso
• Desafios e considerações
• Dicas para uma gestão térmica eficaz dos PCB
• Perguntas frequentes

Principais conclusões
1.Em aplicações de alta potência como automóveis, LEDs e produtos industriais, a gestão térmica eficaz de PCBs é crucial para garantir a confiabilidade dos componentes e prolongar a vida útil do produto.
2Uma combinação de técnicas, tais como o uso de materiais de alta condutividade térmica, a otimização do layout do PCB,e a implementação de métodos de arrefecimento ativo e passivo pode melhorar significativamente a dissipação de calor- Não.
3A gestão térmica não só impede o sobreaquecimento, mas também melhora o desempenho geral dos dispositivos electrónicos.

A importância da gestão térmica de PCB

Nos modernos aparelhos eletrônicos, os componentes que consomem muito energia estão ficando cada vez menores e mais densos.Semicondutores de alta potência em inversores de veículos elétricos (VE) e processadores avançados de sistemas de assistência ao condutor (ADAS) geram calor substancialNa iluminação LED, os LEDs de alto brilho precisam dissipar o calor de forma eficiente para manter sua eficácia luminosa.também enfrenta desafios térmicos significativos- Não.

O calor excessivo pode levar à degradação dos componentes, à redução da vida útil e até mesmo à falha do sistema.Uma gestão térmica eficaz dos PCB é essencial para manter os componentes dentro do seu intervalo de temperatura de funcionamento ideal- Não.

7 Principais Técnicas de Gestão Térmica de PCB

1Materiais de PCB de elevada condutividade térmica

Os PCBs à base de alumínio são rentáveis e amplamente utilizados na iluminação LED devido à sua capacidade de dissipar o calor dos LEDs.são adequados para aplicações em que se precise transferir rapidamente grandes quantidades de calorOs PCBs à base de cerâmica oferecem excelentes propriedades térmicas e elétricas, tornando-os ideais para ambientes adversos.

2Via térmica.
As vias térmicas são pequenos furos na PCB preenchidos com um material altamente condutor, geralmente cobre.transferência de calor de componentes quentes na superfície para camadas internas ou dissipadores de calorAo criar um caminho térmico vertical, as vias térmicas podem reduzir significativamente a resistência térmica.como MOSFETs de potência em eletrônicos automotivos ou LEDs de alto brilho, pode efetivamente retirar o calor da fonte.

3- Lava-louças.
Os dissipadores de calor são estruturas termicamente condutoras, normalmente feitas de alumínio ou cobre, que são ligadas a componentes de alta potência.permitindo uma transferência mais eficiente do calor para o ar circundanteNo que respeita às unidades de controlo eletrónico (ECU) automotivas e aos painéis de controlo industriais, os dissipadores de calor são comumente utilizados para arrefecer processadores e transistores de potência.incluindo o número de barbatanas, altura das barbatanas e espaçamento das barbatanas, pode ser otimizado para diferentes aplicações para maximizar a transferência de calor.

4Materiais de interface térmica (TIM)
TIMs, como pasta térmica, almofadas térmicas e materiais de mudança de fase, são usados para preencher os espaços entre componentes e dissipadores de calor ou PCBs.Melhoram o contacto térmico reduzindo a resistência térmica na interfaceEm módulos de LED, as almofadas térmicas são frequentemente utilizadas para transferir calor da matriz de LED para o substrato de alumínio.As pastas térmicas de alto desempenho são aplicadas entre o pacote de semicondutores e o dissipador de calor para melhorar a eficiência da transferência de calor- Não.

5. Optimização do layout do PCB
Colocação dos componentes: Os componentes de alta potência devem ser colocados perto das bordas do PCB para melhor fluxo de ar ou perto dos dissipadores de calor.Os componentes que consomem muita energia, como os transistores bipolares de porta isolada (IGBT) nos inversores de veículos elétricos, são colocados em áreas com boa ventilação.Os componentes sensíveis ao calor devem ser mantidos afastados de fontes de alta produção de calor.
Planos e traços de cobre: Aumentar a espessura dos planos e traços de cobre pode melhorar suas capacidades de disseminação de calor.Traços de cobre espessos são usados para transportar correntes altas e dissipar o calorAlém disso, a criação de grandes áreas de vazamento de cobre em torno de componentes de alta potência pode ajudar a distribuir o calor de forma mais uniforme.

6- Refrigeração por ar forçado (Ventiladores)
Em equipamentos industriais de alta potência e em algumas aplicações automotivas, como computação de alto desempenho em sistemas ADAS,os ventiladores são instalados para soprar ar sobre o PCBA velocidade e a direção do fluxo de ar podem ser controladas para otimizar o resfriamento.Os ventiladores são colocados estrategicamente para garantir que todos os componentes, especialmente CPUs e GPUs de alta potência, são efetivamente resfriados.

7- Refrigeração líquida.
Os sistemas de arrefecimento por líquido, tais como placas frias, são usados em aplicações onde é necessária uma alta dissipação de energia.Placas frias refrigeradas por líquido são usadas para resfriar o sistema de gerenciamento da bateria e a eletrônica de potênciaO líquido, geralmente uma mistura de água e glicol, absorve o calor dos componentes e transfere-o para um radiador para dissipação.O resfriamento por líquido oferece taxas de transferência de calor mais elevadas em comparação com os métodos de resfriamento por ar, tornando-o adequado para aplicações de alta potência e espaço limitado.

Aplicações no mundo real e estudos de caso

1Automóvel: No sistema de gestão de bateria (BMS) de um veículo elétrico, é utilizada uma combinação de PCBs à base de cobre, vias térmicas e placas de frio resfriadas por líquido.Os PCBs baseados em cobre transferem eficientemente o calor das células da bateria para a placa friaO BMS é um sistema de transmissão de calor que permite a transferência de calor entre as diferentes camadas do PCB, garantindo assim uma operação segura e eficiente, prolongando a vida útil da bateria.

2.LED Iluminação: Em uma luz de rua LED de alta potência, um PCB baseado em alumínio com dissipadores de calor e almofadas térmicas é empregado.os dissipadores de calor aumentam a área da superfície para dissipação de calor para o ar, e as almofadas térmicas melhoram o contacto térmico entre os LEDs e o PCB, o que resulta numa luz de rua LED mais duradoura e eficiente.

3.Industrial: Em um inversor industrial de alta potência, PCBs baseados em cerâmica, dissipadores de calor e resfriamento por ar forçado são combinados.Os dissipadores de calor ajudam a dissipar o calor dos semicondutores de energia, e o sistema de arrefecimento por ar forçado assegura um arrefecimento contínuo e eficiente durante o funcionamento do inversor.

Desafios e considerações

1Custo: Os materiais e componentes de gestão térmica de alto desempenho, tais como PCBs à base de cerâmica e sistemas avançados de resfriamento líquido, podem ser caros.Os projetistas precisam equilibrar o custo com os requisitos de desempenho- Não.

2Limitações de espaço: Em dispositivos eletrônicos compactos, encontrar espaço para dissipadores de calor, ventiladores ou componentes de resfriamento a líquido pode ser um desafio.O layout do PCB deve ser cuidadosamente otimizado para aproveitar ao máximo o espaço disponível- Não.

3Confiabilidade: os componentes e sistemas adicionais utilizados para a gestão térmica, como os ventiladores, devem ser fiáveis. Uma falha no sistema de arrefecimento pode provocar sobreaquecimento e danos aos componentes.

Dicas para uma gestão térmica eficaz dos PCB

1.Simulação térmica: utilizar software de simulação térmica, como o ANSYS Icepak ou o FloTHERM, na fase de concepção para prever a distribuição de calor e otimizar o projecto de gestão térmica.
2.Selecção de componentes: Escolha componentes com menor consumo de energia e melhores características térmicas sempre que possível.
3. Manutenção regular: em aplicações com ventiladores ou sistemas de arrefecimento a líquido, assegurar a manutenção regular para manter o sistema de arrefecimento a funcionar de forma eficiente.

Perguntas frequentes
Qual é a técnica de gestão térmica mais eficaz?
Não existe uma solução única para todos. A técnica mais eficaz depende dos requisitos de energia da aplicação, restrições de espaço e limitações de custos.uma combinação de técnicas é a melhor abordagem- Não.

Posso utilizar vias térmicas num PCB flexível?
Sim, mas são necessárias considerações especiais: os PCB flexíveis com vias térmicas requerem um design cuidadoso para garantir que as vias possam resistir à flexão e manter a sua condutividade térmica.

Como escolho o dissipador de calor certo para a minha aplicação?
Considerar fatores como a dissipação de energia do componente, o espaço disponível, o ambiente de funcionamento (por exemplo, temperatura, umidade) e o desempenho de arrefecimento exigido.Os fabricantes de dissipadores de calor geralmente fornecem folhas de dados para ajudar na selecção- Não.

Em conclusão, a gestão térmica eficaz de PCB é uma abordagem multifacetada que combina seleção de materiais, design de layout e métodos de resfriamento.Os projetistas podem melhorar significativamente a fiabilidade e o desempenho dos sistemas de, LED e produtos industriais, garantindo que funcionem sem problemas mesmo em condições de alta temperatura.