Soluciones innovadoras de gestión térmica para módulos electrónicos de alta potencia


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En este artículo proponemos las soluciones térmicas de Aismalibar para módulos electrónicos de alta potencia.

La tendencia actual en electrónica de potencia en todos los campos de aplicación va hacia el aumento de la potencia y la funcionalidad de los Módulos de Potencia Electrónicos. Al mismo tiempo, el espacio para la placa de circuito impreso en los futuros Power Modules disminuye continuamente.

Esto está creando desafíos cada vez mayores para los ingenieros de diseño:

  • Trabajando con el espacio más pequeño asignado para la electrónica.
  • Alcanzar el aumento de rendimiento especificado.
  • Garantizando la Resistencia y Calidad del Módulo de Potencia completo.

Ambos aspectos, aumentando el rendimiento en un espacio reducido, tienen algo en común:

Respetar las características térmicas, especialmente los efectos a medio/largo plazo, de los componentes electrónicos activos y pasivos utilizados en el Módulo de Potencia.

Soluciones térmicas de Circuitos Electrónicos Complejos:

Thermal optimization of complex electronic circutries

El diseño de un sistema de gestión del calor bien pensado a lo largo de toda la cadena de refrigeración del módulo de potencia garantizará el rendimiento, la calidad y la vida útil de la aplicación de energía.

Las altas temperaturas de los componentes electrónicos provocan una variedad de efectos, como la calidad y el mal funcionamiento del componente en sí y, por tanto, el rendimiento de todo el módulo de potencia electrónico.
(experto en electrónica, 2003)​
Los usuarios finales pueden obtener una imagen negativa de la Aplicación Electrónica, como bajo rendimiento, baja confiabilidad, baja calidad o incomodidad debido a las altas temperaturas en los componentes electrónicos de la PCB.
(experto en electrónica, 2003)​
Estos problemas deben ser abordados desde el diseño, empezando por los ingenieros de I+D, esforzándose por encontrar la mejor solución de gestión térmica y aislamiento eléctrico.
(experto en electrónica, 2003)​

Soluciones térmicas de Aismalibar para módulos electrónicos de alta potencia:

Este informe analiza dos casos de aplicación diferentes de Thermal PrePregs con el objetivo de proponer soluciones térmicas innovadoras para módulos electrónicos de potencia.

El objetivo común es mejorar el rendimiento térmico de una PCB y sus componentes electrónicos mediante el uso de Thermal PrePregs en:

  • PCB multicapa
  • PCB IMS de doble capa

1. PCB multicapa de 12 etapas

Prioridad: Maximizar el flujo térmico en toda la pila de PCB de 12 capas

Objetivo clave: Reducir la temperatura de los componentes en la parte superior

Estudio de caso:

12 stage multi-layer PCB

En primer lugar, los fabricantes de tarjetas gráficas observaron repetidamente defectos en los componentes, principalmente en los MOS FET (PMF) utilizados en fuentes de alimentación y memorias DRAM de alta velocidad.

En segundo lugar, el análisis de fallas de los componentes mostró en la mayoría de los casos "muerte por sobreesfuerzo térmico".

En tercer lugar, se iniciaron investigaciones sobre cómo reducir la temperatura de los componentes en la parte superior de la PCB de la tarjeta gráfica.

Entorno de prueba

Evaluación comparativa de dos PCB idénticos, ejecutándose con el mismo software de prueba.

La PCB existente, construida con preimpregnado estándar FR4,

vs.

el mismo diseño de PCB multicapa basado en Thermal PrePreg de Aismalibar.

Sensores implementados en la PCB bajo prueba en puntos térmicos críticos para monitorear la temperatura de la carcasa de PMF y memorias gráficas.

Resultados de las pruebas de nivel superior

Reemplazar los preimpregnados FR4 estándar por preimpregnados térmicos de Aismalibar en la misma PCB ML da como resultado una disminución de la temperatura en los componentes electrónicos críticos en aproximadamente 10 K.

Component temperature Thermal FR4

La disminución de temperatura de 10K puede no ser importante en condiciones de temperatura de funcionamiento baja (temperatura ambiente).
Sin embargo, la funcionalidad y la vida útil de las tarjetas gráficas en un entorno típico de alta temperatura en una carcasa de PC cerrada tendrá un impacto significativo.

2. PCB IMS de ILUMINACIÓN LED industrial de próxima generación

Prioridad: lograr una funcionalidad de circuitos complejos en una PCB IMS

Objetivos clave: lograr una mayor funcionalidad con un tamaño y costo de placa reducidos;

Mantenerse dentro de los límites térmicos del LED, máx. Temperatura de funcionamiento.

Estudio de caso:

Este estudio de caso muestra la evolución de una PCB LED para iluminación industrial que se produce en serie en la actualidad.

En la parte superior del IMS, el espacio se utiliza principalmente para la matriz de LED y el conector.

La próxima generación de PCB de iluminación LED incorpora funciones de mayor complejidad como diagnóstico remoto, control de bus, brillo del LED y ajustes de temperatura de color, etc.

El complejo circuito no se puede realizar en un IMS de una sola capa, sino que requiere dos capas.

Una pila IMS de doble capa proporciona un concepto térmico para mantener la temperatura del LED dentro de las especificaciones, además de garantizar una rigidez dieléctrica >4KV entre las capas operativas y la placa de tierra metálica.

Está construido con material térmico PrePreg e IMS, ambos de 3,2W/mK, de Aismalibar.

Soluciones térmicas de Aismalibar para módulos electrónicos de alta potencia

Las láminas Bondsheet de Aismalibar están disponibles en espesores de 70 a 100um a 2,2 y 3,2W/mK High Tg.

THIN LAM 2,2W

Aismalibar Concepto “THIN LAM” ofrece una amplísima gama de:

  • Materiales
  • Performances
  • Espesores

Las mejores soluciones térmicas para las necesidades individuales de cada proyecto de electrónica de potencia.

Soluciones térmicas para Módulos Electrónicos de Alta Potencia: Resumen

Todas las actividades de Gestión Térmica en Aismalibar están impulsadas por décadas de experiencia en la gestión del calor de componentes electrónicos en la parte superior de PCB.

La siguiente declaración del experto confirma la importancia de mantener las temperaturas de los componentes electrónicos lo más bajas posible.

“Un aumento de 9 Kelvin reducirá la mitad de la vida útil de un componente electrónico de potencia”

Rellena el formulario para contactar con los expertos de Aismalibar. Estarán encantados de ayudarle a encontrar la mejor solución térmica para su módulo electrónico de potencia.

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