Печатная плата с медной монетой для экстремального рассеивания тепла

По мере того, как электронные устройства становятся меньше и мощнее, проблема тепловыделения на печатных платах становится всё более серьёзной. Мощные устройства, такие как некоторые драйверы и коммуникационные модули, генерируют большое количество тепла на очень небольшой площади. Без надлежащего терморегулирования это тепло не только снижает производительность компонентов, но и может привести к повреждению и сокращению срока службы всего устройства.

Обычные методы отвода тепла, такие как тепловые переходы, медные заливки, радиаторы или даже печатные платы с металлическим сердечником, уже недостаточны в некоторых случаях высокой мощности или высокой плотности тепла. В таких случаях необходима печатная плата с медным сердечником, обеспечивающая прямую и быструю передачу тепла от тепловыделяющих компонентов к радиатору или внешней среде, сокращая путь отвода тепла и повышая эффективность.

В этой статье мы подробно расскажем о медной печатной плате, включая ее структуру, различия типов, ключевые моменты проектирования, возможные проблемы, возникающие в процессе производства, а также ее эксплуатационные характеристики в реальных мощных устройствах.

Что такое печатная плата для медных монет?

Печатная плата с медным блоком (медная плата) — это тип многослойной печатной платы, внутри которой находится сплошной медный блок, известный как печатная плата с медным блоком. Этот медный блок обычно устанавливается непосредственно под микросхемами или силовыми устройствами, которые генерируют много тепла, выполняя функцию теплового моста, способствующего более быстрому отводу тепла от компонентов.

В стандартной печатной плате тепло сначала должно пройти через изоляционный материал FR-4. Его теплопроводность очень низкая, а эффективность рассеивания тепла также невысока. В медной печатной плате тепло напрямую передаётся медному блоку, а затем быстро переносится на другую сторону платы или радиатора, что обеспечивает более короткий путь и более высокую эффективность.

Использование меди обусловлено её теплопроводностью, составляющей около 380–400 Вт/м·К, в то время как у FR-4 она составляет всего 0.3–0.5 Вт/м·К. Другими словами, теплопроводность меди в 200–800 раз выше, чем у традиционно используемых для печатных плат изоляционных материалов. Поэтому медные печатные платы стали идеальным решением для решения проблемы теплоотвода в мощных электронных изделиях с высокой теплоёмкостью, таких как силовые модули, светодиоды, радиочастотное оборудование, автомобильная электроника и другие.

Типы конструкций медных монет

В зависимости от различий в требованиях к конструкции, компоновке компонентов и методах изготовления медные монеты для печатных плат можно разделить на различные типы:

Из таблицы видно, что каждая структура печатной платы с медной монетой обеспечивает уникальные преимущества в зависимости от требований области применения.

Как работает печатная плата из медной монеты

Механизм теплоотвода печатных плат с медными пластинами основан на конструктивной концепции создания контура с низким тепловым сопротивлением и использованием металлических материалов с высокой теплопроводностью. Благодаря внедрению цельных медных пластин в печатные платы тепло может передаваться напрямую от кристалла к теплорассеивающему материалу, что позволяет снизить накопление тепла в изоляционных материалах (например, FR-4) и тем самым повысить общую эффективность теплоотвода.

Процесс теплопередачи

Тепловой поток в печатной плате медной монеты можно разделить на следующие этапы:

1. Выработка тепла

Мощные микросхемы или силовые устройства во время работы выделяют тепло.

2. Передача тепла от прокладки к медной монете

Тепло передается от контактной площадки компонента к медной монете, расположенной под компонентом или рядом с ним.

3. Вертикальная теплопроводность через медную монету

Благодаря высокой теплопроводности меди (примерно 380–400 Вт/м·К) тепло быстро распространяется вертикально по печатной плате, минуя материал FR-4 с низкой теплопроводностью.

4. Распространение тепла или передача тепла к теплорассеивающим конструкциям

Пройдя через печатную плату, тепло распространяется по большим медным плоскостям или передается на внешние радиаторы, алюминиевые основания или металлические корпуса.

5. Рассеивание тепла в окружающую среду

Наконец, тепло рассеивается в окружающем воздухе посредством конвекции или передается в шасси или корпус.

О PCBasic

Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый  - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.

Медная монета против других решений по терморегулированию

Мощность электронных устройств постоянно растёт, и проблема тепловыделения должна быть решена. Различные решения по терморегулированию имеют свои особенности: одни недорогие, но дают средний эффект, другие же обеспечивают высокую теплопроводность, но при этом дороги. Печатные платы с медными пластинами занимают промежуточное положение, обеспечивая эффективную теплопроводность, но при этом не уступая по стоимости керамическим или алмазным материалам, что делает их пригодными для массового использования в промышленных изделиях.

В следующей таблице сравниваются несколько распространенных решений по управлению тепловым режимом, что облегчает интуитивное понимание их различий по теплопроводности, эффективности, стоимости и сценариям применения.

Руководство по проектированию печатных плат с медными монетами

Ключ к успеху печатных плат с медными монетами кроется в: месте расположения медных блоков, конструкции слоёв платы и согласованности обработки. Только при правильном подходе к этим аспектам можно добиться идеального теплоотвода.

1. Рекомендации по размещению компонентов и медной монеты

•  Медную монету следует размещать непосредственно под тепловыделяющим компонентом или как можно ближе к нему.

•  Минимизируйте расстояние между площадкой компонента и медной поверхностью.

•  Избегайте прокладки высокоскоростных сигнальных трасс в этой области.

•  Убедитесь, что медная монета не касается шариков припоя или переходных отверстий BGA.

2. Рекомендации по стеку печатной платы Типичный стек печатной платы с медной монетой включает: • Паяльная маска и слой компонентов • Медные площадки/термоинтерфейс • Встроенная медная монета печатной платы • Препрег + внутренние медные слои • Нижний медный слой или радиатор Варианты формы монеты: • Круглая • Прямоугольная • Ступенчатая (многоуровневая) • Индивидуальная геометрия, подобранная под посадочное место компонента

2. Рекомендации по размещению компонентов на печатной плате

Типичная печатная плата для медной монеты имеет следующую структуру:

•  Верхний слой с паяльной маской и контактными площадками компонентов

•  Цельная медная монета печатной платы, вставленная под область контактной площадки

•  Препрег и внутренние медные слои под ним

•  Нижний медный слой или радиатор/металлическое основание, в зависимости от конструкции

Сама печатная плата может быть круглой, прямоугольной, ступенчатой ​​или иметь индивидуальную форму, соответствующую посадочному месту компонента.

3. Как чеканятся медные монеты

Существует три наиболее распространенных метода встраивания печатной платы в печатную плату:

4. Распространенные проблемы и допустимые отклонения

В процессе производства медных печатных плат может возникнуть несколько проблем:

•  Если монета сместится во время ламинирования, теплопередача может быть нарушена.

•  Избыток смолы вокруг печатной платы монеты может привести к образованию неровностей и пустот на поверхности.

•  Открытую медь печатной платы необходимо обработать, чтобы предотвратить окисление.

•  Монета занимает внутреннее пространство печатной платы, что затрудняет трассировку, особенно в конструкциях с высокой плотностью или HDI.

Применение печатной платы Copper Coin

Печатные платы с медными пластинами широко используются в отраслях, где эффективность рассеивания тепла напрямую влияет на производительность и безопасность оборудования.

Заключение

Печатная плата с медной пластиной в настоящее время является одним из самых эффективных и надежных методов отвода тепла в мощных электронных устройствах. Она образует теплопроводящий контур с чрезвычайно низким тепловым сопротивлением, непосредственно встраивая медную пластину печатной платы в печатную плату, что позволяет быстрее отводить тепло от кристалла, снижать температуру и продлевать срок службы устройства.

По сравнению с традиционными тепловыми отверстиями или металлическими подложками MCPCB, медные печатные платы проводят тепло быстрее, имеют более равномерную тепловую диффузию, меньшее тепловое сопротивление, занимают меньше места и имеют более высокую общую надежность.

По мере того, как электронные устройства становятся меньше и мощнее, важность этой технологии будет продолжать расти. От автомобильной электроники и спутниковых систем до базовых станций 5G и светодиодных осветительных модулей, печатные платы стали идеальным выбором для повышения эффективности теплоотвода и надежности.