Koperen munt PCB voor extreme warmteafvoer

Naarmate elektronische producten kleiner en krachtiger worden, wordt het probleem van warmteontwikkeling op printplaten steeds ernstiger. Apparaten met een hoog vermogen, zoals sommige drivers en communicatiemodules, genereren een grote hoeveelheid warmte op een zeer klein oppervlak. Zonder goed thermisch beheer zorgt de warmte er niet alleen voor dat de prestaties van componenten afnemen, maar kan ook schade ontstaan ​​en de levensduur van het hele apparaat worden beïnvloed.

Gangbare warmteafvoermethoden, zoals thermische via's, kopergieten, koellichamen of zelfs PCB's met metalen kern, zijn in sommige situaties met een hoog vermogen of een hoge warmtedichtheid niet langer voldoende. In dit geval is de PCB met koperen munt nodig om warmte direct en snel van de warmtegenererende componenten naar het koellichaam of de externe omgeving over te brengen, waardoor het warmteafvoerpad wordt verkort en de efficiëntie wordt verbeterd.

In deze blog leggen we de koperen munt-PCB uitgebreid uit, inclusief de structuren, typeverschillen, belangrijke ontwerpaspecten, mogelijke problemen die zich kunnen voordoen tijdens het productieproces en de toepassingsprestaties in daadwerkelijke apparaten met een hoog vermogen.

Wat is een Copper Coin-printplaat?

Een Copper Coin PCB (koperblok PCB) verwijst naar een type meerlaagse printplaat met een massief koperen blok erin, ook wel bekend als PCB Copper Coin of PCB Coin. Dit stukje koper bevindt zich meestal direct onder chips of stroombronnen die veel warmte genereren en fungeert als een thermische brug die ervoor zorgt dat warmte componenten sneller verlaat.

In een standaard PCB moet de warmte eerst door FR-4, een isolatiemateriaal, stromen. De thermische geleidbaarheid is zeer laag en de warmteafvoer is ook niet hoog. In de PCB met koperen munt wordt de warmte direct naar het koperblok geleid en vervolgens snel naar de andere kant van de printplaat of de koelplaat, met een kortere weg en een hogere efficiëntie.

De reden voor het gebruik van koper is dat de thermische geleidbaarheid ongeveer 380-400 W/m·K bedraagt, terwijl die van FR-4 slechts 0.3-0.5 W/m·K bedraagt. Dat wil zeggen dat de thermische geleidbaarheid van koper 200 tot 800 keer hoger is dan die van de gangbare isolatiematerialen voor printplaten (PCB's). Koperen printplaten zijn daarom een ​​ideale oplossing geworden voor het warmteafvoerprobleem van elektronische producten met een hoog vermogen en een hoge warmtedichtheid, zoals vermogensmodules, leds, radiofrequentieapparatuur, auto-elektronica en andere toepassingen.

Soorten koperen muntstructuren

Afhankelijk van de verschillen in ontwerpvereisten, componentindeling en productiemethoden kunnen PCB-kopermunten worden ingedeeld in verschillende typen:

Uit de tabel blijkt dat elke PCB-structuur van een koperen munt unieke voordelen biedt, afhankelijk van de toepassingsvereisten.

Hoe Copper Coin PCB werkt

Het warmteafvoermechanisme van koperen muntprintplaten is gebaseerd op het ontwerpconcept van het creëren van een pad met lage thermische weerstand met metalen materialen met een hoge thermische geleidbaarheid. Door massieve koperen munten in de printplaten te integreren, kan warmte direct van de chip naar het warmteafvoermedium worden overgedragen. Dit kan warmteaccumulatie in isolatiematerialen (zoals FR-4) verminderen en zo de algehele warmteafvoerefficiëntie verbeteren.

Warmteoverdrachtsproces

De warmtestroom in de PCB van de koperen munt kan worden onderverdeeld in de volgende fasen:

1. Warmteopwekking

Krachtige chips of apparaten genereren warmte tijdens gebruik.

2. Warmteoverdracht van de pad naar de koperen munt

De hitte wordt van het componentpad naar de koperen munt geleid die zich onder of naast het component bevindt.

3. Verticale warmtegeleiding door de koperen munt

Dankzij de hoge thermische geleidbaarheid van koper (ongeveer 380–400 W/m·K) wordt warmte snel verticaal door de PCB-stapel geleid, waarbij het FR-4-materiaal met zijn lage thermische geleidbaarheid wordt omzeild.

4. Warmteverspreiding of -overdracht naar warmteafvoerstructuren

Nadat de warmte de PCB is gepasseerd, verspreidt deze zich naar grote koperen vlakken of wordt overgedragen naar externe koellichamen, aluminium bases of metalen behuizingen.

5. Warmteafgifte aan de omgeving

Ten slotte wordt de warmte via convectie aan de omgevingslucht afgegeven of naar het chassis of de behuizing geleid.

Over PCBasic

Tijd is geld in uw projecten – en PCB-basis begrijpt het. PCBasic is een PCB-assemblagebedrijf: die elke keer snelle, vlekkeloze resultaten levert. Onze uitgebreide PCB-assemblagediensten: bieden deskundige technische ondersteuning bij elke stap, waardoor topkwaliteit in elk bord wordt gegarandeerd. Als toonaangevend Fabrikant van PCB-assemblage:, Wij bieden een totaaloplossing die uw toeleveringsketen stroomlijnt. Werk samen met onze geavanceerde PCB-prototypefabriek voor snelle doorlooptijden en superieure resultaten waarop u kunt vertrouwen.

Koperen munten versus andere thermische beheeroplossingen

Het vermogen van elektronische producten neemt steeds toe en het probleem van warmteontwikkeling moet worden opgelost. Verschillende oplossingen voor thermisch beheer hebben elk hun eigen kenmerken: sommige zijn goedkoop maar hebben een gemiddeld effect, terwijl andere een sterke warmtegeleiding hebben, maar duur zijn. Koperen printplaten vallen tussen deze twee in en bieden een efficiënte warmtegeleiding zonder zo duur te zijn als keramische of diamantmaterialen, waardoor ze geschikt zijn voor grootschalig gebruik in industriële producten.

In de onderstaande tabel worden diverse veelvoorkomende oplossingen voor thermisch beheer met elkaar vergeleken, zodat u inzicht krijgt in de verschillen op het gebied van warmtegeleidingscapaciteit, efficiëntie, kosten en toepassingsscenario's.

Ontwerprichtlijnen voor koperen munt-PCB's

De sleutel tot koperen muntprintplaten ligt in: waar de koperblokken worden geplaatst, hoe de lagen op de printplaat zijn ontworpen en of de verwerking is afgestemd. Alleen met de juiste verwerking kan de ideale warmteafvoer worden bereikt.

1. Plaatsingsaanbevelingen voor componenten en koperen munten

•  De koperen munt moet direct onder het warmtegenererende onderdeel worden geplaatst of zo dicht mogelijk daarbij.

•  Minimaliseer de afstand tussen het componentpad en het koperoppervlak

•  Vermijd het routeren van hogesnelheidssignaalsporen in dit gebied

•  Zorg ervoor dat de koperen munt de BGA-soldeerballen of via's niet hindert

2. Overwegingen bij PCB-stapeling Een typische PCB-stapeling met koperen munten omvat: • Soldeermasker en componentlaag • Koperen pads / thermische interface • Ingebouwde PCB-koperen munt • Prepreg + binnenste koperlagen • Onderste koperlaag of koellichaam Opties voor muntvorm: • Circulair • Rechthoekig • Trapvormig (meerdere niveaus) • Aangepaste geometrie afgestemd op de voetafdruk van het component

2. Overwegingen bij PCB-stapeling

Een typische PCB voor koperen munten heeft de volgende structuur:

•  Bovenste laag met soldeermasker en componentpads

•  Een solide PCB-koperen munt ingebed onder het padgebied

•  Prepreg en binnenste koperlagen eronder

•  Onderste koperlaag of een koellichaam/metalen basis, afhankelijk van het ontwerp

De PCB-munt zelf kan rond, rechthoekig, trapvormig of aangepast zijn aan de voetafdruk van het onderdeel.

3. Hoe koperen munten worden ingebed

Er zijn drie veelgebruikte methoden om een ​​PCB-munt in een PCB te integreren:

4. Veelvoorkomende uitdagingen en toleranties

Tijdens de productie van koperen munt-PCB's kunnen zich een aantal problemen voordoen:

•  Als de munt tijdens het lamineren verschuift, kan de warmteoverdracht verstoord raken.

•  Overstromende hars rondom de PCB-munt kan bultjes of holtes op het oppervlak veroorzaken.

•  Blootgesteld PCB-koper moet behandeld worden om oxidatie te voorkomen.

•  De munt neemt interne PCB-ruimte in beslag, waardoor routering lastiger wordt, vooral bij ontwerpen met een hoge dichtheid of HDI-ontwerpen.

Toepassingen van Copper Coin PCB

Koperen munt-PCB's worden veel gebruikt in sectoren waar de warmteafvoer direct van invloed is op de prestaties en veiligheid van apparatuur.

Conclusie

De koperen munt PCB is momenteel een van de meest effectieve en betrouwbare warmteafvoermethoden in elektronische apparaten met een hoog vermogen. Het vormt een warmtegeleidingspad met een extreem lage thermische weerstand door de koperen munt direct in de printplaat te integreren. Dit kan de warmte van de chip sneller afvoeren, de temperatuur verlagen en de levensduur van het apparaat verlengen.

Vergeleken met traditionele thermische via's of MCPCB-metaalsubstraten geleiden koperen munt-PCB's warmte sneller, hebben ze een gelijkmatigere thermische diffusie, een lagere thermische weerstand, nemen ze minder ruimte in beslag en zijn ze over het algemeen betrouwbaarder.

Naarmate elektronische apparaten kleiner en krachtiger worden, zal het belang van deze technologie alleen maar toenemen. Van auto-elektronica en satellietsystemen tot 5G-basisstations en ledverlichtingsmodules: PCB-coins zijn een ideale keuze geworden voor het verbeteren van de warmteafvoer en betrouwbaarheid.