Gestión térmica eficiente en diseños de PCB mediante la colocación adecuada de vías térmicas

Al diseñar una PCB, a menudo es necesario: Disipar el calor de componentes específicos (como un regulador de voltaje lineal). En la mayoría de los casos, estos dispositivos son componentes comunes de orificio pasante, por lo que el disipador de calor disipa efectivamente el calor dentro del área de aluminio, manteniendo el dispositivo en condiciones ambientales más frías. Pero si hablamos de dispositivos SMD, los disipadores de calor no están disponibles, por lo que la mayoría de las veces tenemos que usar disipadores de calor. tecnología de vertido de cobre Crea un buen disipador de calor en la capa de cobre. Esta es probablemente una solución efectiva, pero no tan efectiva como un disipador de calor de aluminio usado por separado como componente en la PCB.

Los diseñadores se quedan con dos opciones.

1. Use tanto cobre como esté disponible en el tablero.
2. Utilice otro disipador de calor para compensar la disipación de calor adicional.

Si es posible, muchos diseñadores eligen la primera opción. Esto se debe a que es mucho más rentable (si se diseña cuidadosamente y el espacio adicional de la placa de circuito impreso no afecta el tamaño de la placa de circuito impreso) y no afecta el proceso de fabricación, ya que los disipadores de calor de aluminio requieren tornillos. , un sellador térmico que supone un esfuerzo de fabricación adicional. Los PCB con espacio limitado ahora usan dos capas, superior e inferior, y unen las dos capas para distribuir el calor y permitir áreas más grandes de cobre. Todos sabemos mucho sobre cerveza. Las vías son orificios conectados en una PCB que conectan diferentes capas de cobre entre sí. La colocación de estas mismas vías directamente debajo de las almohadillas térmicas de un dispositivo de montaje en superficie permite la transferencia de calor desde la capa superior a la capa inferior, oa otras capas en el caso de una placa multicapa.Estos se llaman vía térmica Lo que hay en el panel de componentes es reducir la disipación de calor.

Anteriormente, discutimos diferentes tipos de vías de PCB que puede usar en sus diseños de PCB. Si está interesado en otros artículos de la guía de diseño de PCB, consulte nuestro artículo sobre las pautas de diseño de fuentes de alimentación de PCB.

Colocación de vías térmicas

La ubicación y el tamaño de las vías térmicas varían mucho y dependen del tipo de componente, las diferentes reglas y la experiencia.

Sin embargo, una regla importante es usar vías térmicas lo más cerca posible de la fuente de calor directamente debajo del componente calentado. Sin embargo, si la disipación de calor no es satisfactoria, también se pueden colocar vías térmicas alrededor del componente, independientemente de la ubicación de la almohadilla del componente. Una vez más, la regla de colocar las vías lo más cerca posible del perímetro del componente sigue siendo la misma.

Conductividad térmica de diferentes materiales.

Conductividad térmica Un factor clave utilizado para determinar cuánto calor puede absorber un material. La siguiente tabla muestra la conductividad térmica de varios materiales. Esta tabla le permite crear reglas sobre cómo deben administrarse las vías.

Consulte la tabla a continuación.

Entonces, de la tabla anterior podemos ver que el aluminio tiene una conductividad térmica más baja que el cobre. Sin embargo, el disipador de calor de aluminio tiene un área más grande y proporciona un efecto de enfriamiento más efectivo para el dispositivo calentado. Pero como puede ver, el uso efectivo del cobre tiene el potencial de disipar mucho más calor que el aluminio en la misma área.

La colocación de vías térmicas efectivas es cuando las vías se utilizan correctamente en circuitos integrados o almohadillas de componentes de calefacción que utilizan la conducción como método de transferencia de calor para que el calor se distribuya a través de múltiples capas de cobre y luego se disipe por el aire libre. Inicie la transferencia en el aire por el método de convección. Se recomienda que el diámetro interior de la vía térmica sea pequeño, por ejemplo de unos 0,35 mm. Si el diámetro del orificio es grande, es posible que la soldadura no se absorba correctamente durante la soldadura por reflujo y se pueden producir defectos de soldadura. Sin embargo, si se desea un diámetro mayor, una almohadilla térmica puede ser útil para compensar esto.

Puntos importantes a recordar al colocar vías térmicas

Hay varios puntos importantes a tener en cuenta al diseñar vías térmicas.

1. La almohadilla expuesta está diseñada para conducir el calor directamente desde la carcasa hasta el área de cobre. La soldadura es delgada y tiene poca conductividad, por lo que no es muy eficaz como disipador de calor.

La imagen de arriba muestra una vía térmica en la plataforma expuesta de U1.

2. Para el paquete de almohadilla expuesta, la máxima disipación de calor es a través de vías hacia la capa inferior de la placa de circuito impreso y luego hacia el aire. Por lo tanto, el área más grande de la capa inferior también reduce la disipación de calor del paquete de componentes en general.

3. Aislar los componentes calientes y usar vías térmicas para distribuir el calor ayuda a distribuir el calor uniformemente a otros paquetes.

cuatro Las vías térmicas son la única fuente para disipar el calor en los paquetes DFN y QFN, ya que no hay espacio máximo para el cobre superior debido a las asignaciones de pines. Por lo tanto, para usar cobre de capa inferior, la única forma de aumentar la conductividad térmica es usar vías térmicas.

U5 e IC2 utilizan vías térmicas. Para IC2, que utiliza un encapsulado plano QFN, las vías térmicas son la única posibilidad porque la distribución de la almohadilla del componente no incluye grandes áreas de cobre en las capas de soldadura.

Cinco. El área efectiva de cobre de un dispositivo de conexión de vía térmica es la longitud máxima de cobre que se conecta directamente al paquete de componentes mediante vías térmicas (independientemente de la capa de soldadura).

6. El grosor del plano de cobre también afecta la conductividad térmica. El cobre de 2 oz tiene mejor resistencia al calor que el cobre de 1,0 oz o 0,5 oz.

Así que esta es la forma estándar de usar vías térmicas. Espero que este artículo ayude a muchos en el proceso de diseño y colocación de dispositivos que requieren cuidadosas consideraciones térmicas. Utilice los foros para compartir sus comentarios y háganos saber cómo se pueden usar diferentes técnicas de colocación térmica para mejorar de manera eficiente la resistencia térmica.