PCB del disipador de calor

PCB del disipador de calor

El diseño de PCB es un proceso complicado que requiere mucha atención a una variedad de problemas potenciales. Los diseñadores deben analizar todas las características de una placa para garantizar una funcionalidad óptima, desde las limitaciones físicas hasta las interacciones eléctricas entre los componentes y la pérdida de señal. Una de estas características es la gestión térmica, que es esencial para garantizar la longevidad y la funcionalidad de una placa de circuito impreso.

Hay muchas formas de lograr una gestión térmica óptima y eliminar el exceso de calor de una placa de circuito impreso, incluida la selección de métodos de refrigeración adecuados. Uno de estos métodos es conectar un disipador de calor. Este artículo explicará qué son los disipadores de calor, sus ventajas y desafíos únicos y cómo seleccionar disipadores de calor para PCB.

¿Qué es un disipador de calor en una PCB?

Un disipador de calor es una pieza con una gran superficie que consta de metal termoconductor. Este disipador de calor generalmente se conecta a los componentes de la placa de circuito impreso, incluidos los transistores de potencia y los dispositivos de conmutación. El propósito de esta parte es absorber y disipar el calor.

Los disipadores de calor de PCB funcionan según el principio de conducción. En este principio, el calor se transfiere de áreas de alta resistencia térmica a áreas de baja resistencia térmica, y de áreas de alto calor a áreas de bajo calor. Debido a que los disipadores de calor están hechos de aluminio o cobre, que tienen una excelente conductividad térmica y una baja resistencia térmica, el calor se moverá naturalmente desde los componentes de la placa de circuito impreso hacia el disipador de calor.

El proceso funciona de la siguiente manera:

• Un componente de PCB genera calor, que se mueve naturalmente desde el componente hasta el disipador de calor a través del principio de conducción.
• Desde allí, el calor se disipa sobre la gran superficie del disipador de calor.
• El calor se transfiere al área circundante a través del área de superficie del disipador de calor. Muchos disipadores de calor cuentan con aletas (características rectangulares en forma de clavija que sobresalen perpendicularmente a la superficie de la placa de circuito impreso) que ayudan a maximizar el área de la superficie y ayudan a transferir el calor del disipador de calor al aire circundante.

Aplicaciones de disipadores de calor

Dado que los disipadores de calor son una necesidad para las aplicaciones de PCB que manejan grandes cantidades de energía, pueden generar más calor que la PCB promedio. Los diseñadores elegirán usar un disipador de calor si descubren que un prototipo de PCB muestra un perfil térmico con puntos calientes y áreas de alta temperatura. Sin embargo, la necesidad de un disipador de calor en los diseños de PCB se puede determinar al principio del proceso de diseño por los tipos de componentes que se encuentran en la PCB, incluidos:

• Procesadores: Los PCB que incluyen procesadores, como CPU, GPU y MPU, a menudo requerirán disipadores de calor para ayudar con la gestión térmica y ayudar a mantener una longevidad sin errores.
• Componentes de potencia: Los PCB con componentes de potencia tienden a tener mayores necesidades de gestión térmica. Algunos ejemplos de componentes que entran en esta categoría incluyen amplificadores de potencia, reguladores de potencia, circuitos integrados de potencia y fuentes de alimentación.
• Densidad de componentes: Una PCB también puede requerir un disipador de calor para la gestión térmica si tiene una alta densidad de componentes, ya que eso puede resultar en una mayor producción de calor que una PCB promedio.

Las industrias específicas también pueden tender a emplear disipadores de calor con más frecuencia que otras. Por ejemplo, las aplicaciones militares tenderán a usar disipadores de calor en los diseños de PCB para ayudar a garantizar la funcionalidad a largo plazo.

Las ventajas de un disipador de calor

Estas piezas tienen una amplia gama de beneficios, que incluyen:

• Gestión térmica: La principal ventaja de un disipador de calor es su capacidad para mejorar la gestión térmica en un diseño de PCB. Estas piezas son excelentes para resolver numerosos problemas de refrigeración y disipación de calor.
• Vigencia: Los disipadores de calor de PCB son duraderos y no necesitan reemplazo después de un uso prolongado. Además, su uso puede ayudar a mejorar la longevidad de una PCB mediante una gestión térmica adecuada.
• Bajo costo: La mayoría de los disipadores de calor son de bajo costo y brindan una solución económica para la gestión térmica en los diseños de PCB.
• Peso bajo: Muchos disipadores de calor están hechos de cobre o aluminio, que brindan una excelente resistencia térmica sin agregar un peso significativo a la placa.

Los desafíos de un disipador de calor

Si bien los disipadores de calor ofrecen múltiples beneficios para la gestión térmica de PCB, presentan desafíos importantes en el diseño de PCB. Algunos de los desafíos más destacados que se presentan con los disipadores de calor en las PCB incluyen:

• Dificultades de fijación mecánica: Los disipadores de calor de PCB tienen accesorios mecánicos, como pasadores de presión y clips en Z, que requieren que se taladren anclajes en la placa, lo que deja daños si el diseño necesita modificaciones posteriores.
• Dificultades de fijación no mecánicas: Una unión no mecánica con adhesivo o epoxi presenta un alto riesgo de dañar un dispositivo durante la extracción debido a la tensión mecánica. Además, la aplicación de fijaciones no mecánicas es difícil debido a las propiedades de bajo flujo de los adhesivos térmicos y los epoxis; estas fijaciones deben ser perfectas y libres de bolsas de aire para lograr una gestión térmica óptima, pero lograrlo requiere una presión que puede romper la tabla.
• Requisitos de separación: Otro problema complejo para los disipadores de calor de PCB es el hecho de que el disipador de calor debe ser extraíble. En caso de que alguien necesite reparar la placa, debe poder quitar el disipador de calor sin dañar la placa. Eso es particularmente difícil para los archivos adjuntos que usan adhesivos.

Consejos para elegir el accesorio de disipador de calor adecuado

Agregar un disipador de calor a una PCB afectará el diseño, especialmente la capacidad del diseño para volver a trabajar sin dañarlo. Al buscar el accesorio de disipador de calor adecuado para una placa de circuito impreso, tenga en cuenta varios factores:

• Requisitos térmicos: Antes de considerar los disipadores de calor, debe conocer el perfil de diseño térmico (TDP) de los componentes de PCB y sus temperaturas de funcionamiento óptimas. Esta información indicará el consumo de energía de un componente y cuánta administración térmica se necesita para mantenerlo operativo.
• Requisitos de espacio:determine cuánto espacio está disponible para un disipador de calor en el diseño. Estas piezas vienen en una variedad de tamaños y diseños, por lo que es esencial conocer la disponibilidad de espacio para un disipador de calor en un diseño de PCB.
• Diseño del disipador de calor: Una vez que conozca las limitaciones y los requisitos del diseño de PCB, debe pensar en los diferentes diseños de disipadores de calor. Estas variables incluyen las propiedades del material y las características dimensionales, como el tamaño del disipador de calor, la cantidad de aletas que tiene y el espacio entre las aletas.
• Técnica de montaje: Finalmente, considere cómo se debe conectar el disipador de calor a la PCB. Según el disipador de calor específico y los requisitos del diseño, puede elegir una técnica de fijación mecánica o no mecánica. De cualquier manera, considere detenidamente los inconvenientes únicos de cada técnica de fijación.

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Como una herramienta de transferencia térmica pasiva de bajo costo y altamente efectiva, los disipadores de calor pueden servir para muchos propósitos en el diseño de PCB. Si está buscando implementar un diseño usando un disipador de calor, Millennium Circuits Limited puede ayudarlo.

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