Inbyggda värmerör förbättrar värmeavledningen av tryckta kretskort

Elektroniska komponenters livslängd kan minskas drastiskt genom att öka driftstemperaturen med bara några grader Celsius. Dessutom förvärras värmeavledningen av det faktum att hela kretskortet är inkapslat i vissa tillämpningar för att skydda det effektivt mot fukt och damm. Inbyggda och infogade värmerör från AT + S förbättrar avsevärt värmeavledningen.

Modern termisk hantering av tryckta kretskort åstadkommes väsentligen genom att lägga till ytterligare koppar till det tryckta kretskortet, genom konstruktiva åtgärder såsom tjocka kopparlager, pläterade genomgående hål, laserborrade kopparpåfyllning vias eller till och med kopparinlägg. Även om dessa metoder kan ge bra värmeavledning, lider de också av flera nackdelar av olika skäl. Speciellt när det gäller tjocka kopparlager, som sprider värme, blir produktionen av tryckta kretskort dyrare och svårare eftersom nya system för hantering av de tunga , tjocka kopparplattor är nödvändiga.

Spara vikt

Dessutom kräver förpackning med hög täthet extremt smala kopparspår i kretskorten på tryckta kretskort. Detta är inte så lätt att göra när tjocka kopparlager måste etsas. I flyg- och rymdapplikationer spelar massan också en viktig roll och blir också allt viktigare i moderna bilar som elektriska fordon. Dessutom kan större mängder koppar som används för kylning bli mycket dyra. Termiska hanteringskoncept som moderna miniatyriserade värmerör, som är lätta, erbjuder bättre värmeledningsförmåga än koppar och är lämpliga för PCB på grund av deras lilla storlek, kan lösa de termiska hanteringsutmaningarna i dagens avancerade applikationer.

På grund av sin överlägsna värmeöverföringskapacitet vid relativt låg massa kan värmerör mycket effektivt leda värme genom kretskorten. Moderna värmerör är så små att de kan integreras i kretskortkonstruktioner. Deras tjocklek ligger i intervallet från cirka 400 pm till 2 mm. Tillverkaren använder företagets egen kunskap inom inbäddning av komponenter och inom 2.5D-teknik för att ansluta mini-värmerör till kretskort.

Nya designalternativ

Användningen av värmerör direkt i kretskortet möjliggör nya designalternativ som extern kylning och värmeavledning och spridning. Exempelvis erbjuder värmeavledning möjligheten att använda temperaturkänsliga komponenter såsom sensorer och MEMS i omedelbar närhet av värmegenererande komponenter såsom transistorer. Dessutom gör de förbättrade kylegenskaperna hos tryckta kretskort med inbäddade värmerör (HP-PCB) tillåter enheter att arbeta vid lägre temperaturer, ökar effektiviteten, livslängden och energibesparingarna i de flesta elektroniska applikationer.

Det inbäddade eller insatta värmeröret är en passiv komponent som kan sprida värme i kretskortet över längre avstånd, mer effektivt än konventionella värmeledare som koppar. Deras mekanism för värmeavledning baseras på en fasövergång (dvs. från vätska till gas) och transport av massa.

Hur värmeröret fungerar

Värmeröret är en rörformad konstruktion som är tätt stängd i båda ändar och innehåller en vätska där det finns ett mycket lågt tryck. Vanligtvis är röret tillverkat av koppar och vätskan som används är vatten. När ena änden av röret värms upp ändras vattnet från vätska till gasfas - i enkla termer: det avdunstar. Den tillhörande ökningen av trycket gör att vattenångan flyter till rörets kalla ände. Där avger ångan energi och blir flytande igen. Det flytande vattnet transporteras tillbaka till den uppvärmda änden av röret med kapillärkrafter. Denna dynamiska process upprepas kontinuerligt och leder till en värmeavledning som är hundra till flera tusen gånger så hög som med en kopparbit med motsvarande dimensioner. Eftersom värmeröret är ihåligt har det den extra fördelen att det är mycket lättare än kopparstänger.

I det presenterade konceptet är färdiga att använda minivärmsledningar anslutna till kretskortet, vilket resulterar i en komplett termisk hanteringsmodul. Flera demonstrationsprover av kretskort med inbäddade och infogade värmerör producerades. För att ansluta de miniatyriserade värmerören till kretskortet användes olika metoder. I alla experiment hjälpte HP-PCB-konceptet att förbättra systemets totala temperaturbeteende jämfört med för närvarande använda metoder. Denna teknik anses vara ett termiskt hanteringskoncept för praktiskt taget alla tillämpningar inom elektronik där bättre värmeavledning eller spridning krävs. Möjliga användningsområden är särskilt när det finns begränsningar vad gäller massa och rymdkrav. Exempel inkluderar flyg-, fordons- och moderna serverapplikationer.

Partners ville ha

AT + S: s forsknings- och utvecklingsavdelning letar fortfarande efter partners som har speciella krav för termisk hantering av framtida produkter och som är redo att testa HP PCB-tekniken som en första gången användare. Företagets vision är att avancerade PCB måste tillhandahålla avancerade funktioner som förbättrad termisk hantering, inbäddade komponenter, högfrekvens och hybridmaterial som en integrerad del av de tekniska utmaningarna i framtida applikationer.