В некоторых электронных конструкциях, например, в современных устройствах со светодиодами высокой яркости, требуется значительное рассеяние тепла. Какие варианты имеются для рассеяния тепла в печатных платах?

Утолщенные слои меди часто использовали, когда требовалось передать по проводникам большое количество энергии. В силовой электронике обычно требуются толстые медные проводники, поскольку необходимо обеспечить большую электропроводность. Такой способ не обладает высокой эффективностью теплопередачи и ограничивает ширину дорожек печатных плат в конструкциях и способах создания таких дорожек.

Другим надежным и проверенным методом является соединение материалов: медь-инвар-медь, при котором слой инвара размещается между двумя слоями меди. Этот метод, в основном, используют в передовых конструкциях или в случаях, когда важны термостабильность и механическая устойчивость. Коэффициент теплового расширения в этом случае низкий, а это означает, что механические напряжения между печатной платой и установленным на ней компонентом минимальны. Термостабильность достигается путем применения слоя инвара разной толщины; слой меди, в основном, предназначен для улучшения адгезии с диэлектрическим материалом. Соединение материалов медь-инвар-медь предпочтительно применять для рассеяния тепла в комбинации с металлической подложкой.

При более значительных величинах энергии или повышенных местных тепловых нагрузках, например, в современных конструкциях со светодиодами высокой яркости, можно применять технологию ИМП. Сокращение ИМП означает “изолированная металлическая подложка”. Фактически это печатная плата, изготовленная на металлической пластине (обычно из алюминия), к которой с помощью предварительно пропитанной смолами стеклоткани (препрега) прикреплена медная фольга. Основными свойствами такой платы являются отличное рассеяние тепла и повышенная электрическая прочность диэлектрика при воздействии высоких напряжений. Фирма NCAB совместно с компанией EBV и некоторыми другими компаниями участвовала в разработке демонстрационного изделия. Цель этой разработки заключалась в привлечении внимания рынка к возможностям комбинированного использования светодиодов высокой яркости и технологии ИМП.

Наиболее важная составляющая – теплопроводный препрег – представляет собой керамический или заполненный бором материал, который производится специально для рассеяния большого количества тепла. Теплопроводность этого материала часто в 8-12 раз превышает теплопроводность FR4. Некоторые широко известные компании-производители этих материалов: Bergquist, Laird, Denka и Aismalibar. С более подробной информацией о материале и с требованиями к проектированию можно ознакомиться на нашем вебсайте: www.ncab.se.

Технология ИМП позволяет спроектировать печатную плату с очень малым тепловым сопротивлением, по сравнению с материалом FR4. Поскольку слой теплопроводного препрега или эпоксидной смолы очень тонкий, его тепловое сопротивление также очень мало.

Например, если сравнить печатную плату из материала FR4 толщиной 1,60 мм и печатную плату с ИМП с теплопроводным препрегом толщиной 0,15 мм, то обнаружится, что тепловое сопротивление последней конструкции более чем в 100 раз ниже теплового сопротивления печатной платы из FR4. В изделиях из материала FR4 рассеяние любого большого количества тепла затруднено.

Другим решением является комбинированное применение материала FR4 и сквозных отверстий, заполненных теплопроводящей пастой, что улучшает тепловые характеристики печатных плат по сравнению с обычными. Такое решение часто является более экономным, так как применяется традиционная технология FR4.

За более подробной информацией о методах рассеяния тепла обращайтесь к Владимиру Макарову (makarov@ncab.ru) или к Бо Андерсону (ba@ncab.se)   (пожалуйста, письма для Бо пишите на английском языке)