Transferencia de calor de PCB

Las placas de circuito impreso (PCB) generan calor mientras funcionan. Para evitar daños por calor, necesita las técnicas correctas de flujo de calor para garantizar que esta energía se disipe.

Fundamentos de la transferencia de calor

En un nivel básico, una discusión sobre la transferencia de calor incluye dos temas:temperatura y flujo de calor. La temperatura representa el nivel de energía térmica disponible, mientras que el flujo de calor representa la energía térmica que se mueve de un lugar a otro.

Microscópicamente, la energía térmica está directamente relacionada con la energía cinética de una molécula. Cuanto mayor es la temperatura de un material, mayor es la agitación térmica de sus moléculas. Es normal que las áreas que contienen mucha energía cinética la transmitan a áreas con menos energía cinética.

Hay algunas propiedades del material que modulan efectivamente el calor que se transfiere entre dos áreas a diferentes temperaturas. Estos incluyen conductividades térmicas, densidades de materiales, velocidades de fluidos y viscosidades de fluidos. Juntas, estas propiedades hacen que resolver muchos problemas de transferencia de calor sea bastante complicado.

Los mecanismos de transferencia de calor

Los mecanismos de transferencia de calor se pueden agrupar en tres amplias categorías:

Conducción. Las áreas que tienen más energía cinética molecular enviarán su energía térmica a las áreas que tienen menos energía molecular. Esto ocurre a través de una colisión directa de moléculas, conocida como conducción. En los metales, parte de la energía transportada de un área a otra también es transportada por electrones de banda de conducción.

Convección. Cuando se genera calor en un dispositivo electrónico, se transporta por conducción a un área

donde luego se transfiere a un fluido. Ese proceso es la convección, y el fluido puede tomar la forma de un gas como el aire o el agua convencional.

Radiación. Todos los materiales emiten energía térmica en cantidades determinadas por la temperatura. Cuando las temperaturas son uniformes, el flujo de radiación está en equilibrio entre los objetos y no hay intercambio de energía térmica. Este equilibrio cambia cuando las temperaturas varían y la energía térmica se transporta desde las zonas de mayor temperatura a las de menor temperatura.

Técnicas de diseño de PCB para transferencia de calor

Cuando se trata de la gestión del calor en las PCB, puede utilizar algunas técnicas. Sus opciones incluyen:

• Disipadores de calor. Esta técnica utiliza grandes piezas metálicas de alta conductividad. Estas piezas se adhieren a piezas que producen calor y exponen más superficie al aire. Esta configuración reduce la resistencia térmica y, con un ventilador de refrigeración, mejora aún más el flujo de calor.
• Vertidos de cobre. Cuando rellene las áreas no utilizadas con metal y conecte a tierra el metal, cualquier componente de la placa de circuito impreso se conectará a tierra con facilidad.
• Vías térmicas. Las vías térmicas, que se utilizan a menudo con vertidos de cobre, crean un camino hacia el cobre y los componentes de PCB.
• Vías rellenas de cobre. las vías se pueden llenar con cobre para mejorar la transferencia de calor.
• Materiales de mayor conductividad térmica. Materiales como Aluminio; Cerámica; y el núcleo de cobre se utilizan para mejorar la conductividad térmica de la PCB.

Cuando fomenta un flujo de calor constante en su PCB, puede esperar un rendimiento eléctrico eficiente y una larga vida útil.

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