Soluciones innovadoras de gestión térmica para módulos electrónicos de alta potencia
En este artículo proponemos Aismalibar para módulos electrónicos de alta potencia.
La tendencia actual de la electrónica de potencia en todos los campos de aplicación es hacia un aumento de la potencia y la funcionalidad de los módulos electrónicos de potencia. Al mismo tiempo, el espacio para la placa de circuito impreso en esos futuros Módulos de Potencia disminuye continuamente.
Esto está creando retos cada vez mayores para los ingenieros de diseño:
- Trabajar con el espacio asignado más pequeño para la electrónica.
- Alcanzar el mayor rendimiento especificado.
- Garantizar la resistencia y la calidad del módulo de potencia completo.
Ambos aspectos, aumentar el rendimiento en un espacio reducido, tienen algo en común:
Respeta 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
Diseñar un sistema de gestión del calor bien estudiado 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 Potencia.
Las altas temperaturas de los componentes electrónicos provocan diversos efectos, como la pérdida de calidad y el mal funcionamiento del componente y, con ello, del rendimiento de todo el Módulo Electrónico de Potencia.
(experto en electrónica, 2003)
Los usuarios finales pueden tener una imagen negativa de la aplicación electrónica, como bajo rendimiento, baja fiabilidad, baja calidad o incomodidad debido a la alta temperatura en los componentes electrónicos de la placa de circuito impreso.
(experto en electrónica, 2003)
Los ingenieros de I+D deben abordar estas cuestiones desde el principio del diseño, esforzándose por lograr la mejor solución de gestión térmica y de aislamiento eléctrico.
(experto electrónico, 2003)
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Soluciones térmicas Aismalibar para módulos electrónicos de alta potencia
Este informe analiza dos casos de aplicación distintos de los PrePreg Térmicos, con el objetivo de proponer soluciones térmicas innovadoras para los módulos electrónicos de potencia.
El objetivo común es mejorar el rendimiento térmico de una placa de circuito impreso y sus componentes electrónicos mediante el uso de Thermal PrePregs en:
- 1. Placas de circuito impreso multicapa
- 2. PCB IMS de doble capa
1. Placa de circuito impreso multicapa de 12 etapas
Prioridad: Maximizar el flujo térmico en toda la pila de placas de circuito impreso de 12 capas
Objetivo clave: Reducir la temperatura de los componentes en la cara superior
Estudio de caso
En primer lugar, los fabricantes de tarjetas gráficas observaron repetidamente defectos en los componentes, principalmente en los MOSFET (PMF) utilizados en las fuentes de alimentación y en las memorias DRAM de alta velocidad.
En segundo lugar, el análisis de los fallos de los componentes mostró, en la mayoría de los casos, la causa "muerte por sobreesfuerzo térmico".
En tercer lugar, se inició la investigación sobre cómo reducir la temperatura de los componentes ubicados en la parte superior de la placa de circuito impreso de la tarjeta gráfica.
Entorno de prueba
Evaluación comparativa de dos placas de circuito impreso idénticas, elaboradas con el mismo software de pruebas.
La placa de circuito impreso existente, construida con preimpregnado FR4 estándar,
vs.
El mismo esquema de circuito impreso multicapa basado en Thermal PrePreg de Aismalibar.
Sensores implementados en la placa de circuito impreso, sometida a pruebas en puntos calientes críticos, para controlar la temperatura de la PMF y de la carcasa de las memorias gráficas.
Resultados de las pruebas de nivel superior
Sustituyendo los PrePregs FR4 estándar por los PrePregs Térmicos de Aismalibar en la misma placa de circuito impreso ML se consigue una disminución de la temperatura en los componentes electrónicos críticos de unos 10 K.
La disminución de temperatura de 10K puede no ser importante en condiciones de baja temperatura de funcionamiento (temperatura ambiente).
Sin embargo, en la funcionalidad y vida útil de las tarjetas gráficas en un entorno típico de altas temperaturas en una carcasa cerrada de PC tendrá un impacto significativo
2. Próxima Generación de Iluminación Industrial LED IMS PCB
Prioridad: Realización de la funcionalidad de circuitos complejos en una PCB IMS
Objetivos clave: Lograr una mayor funcionalidad con un tamaño y un coste reducidos de la Junta Directiva;
Mantenerse dentro de los límites térmicos del LED: temperatura máxima de funcionamiento.
Estudio de caso
Este estudio de caso muestra la evolución de un PCB LED para iluminación industrial, en producción en serie actualmente.
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, ajustes de brillo y de temperatura de color de los LED, entre otras.
La compleja circuitería no puede realizarse en un IMS de una sola capa, sino que requiere dos capas.
Un concepto térmico para mantener la temperatura de los LED dentro de las especificaciones, además de garantizar una rigidez dieléctrica > 4 kV entre las capas operativas y la placa metálica de masa, lo proporciona una pila IMS de doble capa.
Está construido con material térmico PrePreg e IMS, ambos de 3,2 W/mK, de Aismalibar.
Soluciones térmicas de Aismalibar para módulos electrónicos de alta potencia
Las láminas de aglomerante Aismalibar están disponibles en espesores de 70 a 100 µm a 2,2 y 3,2 W/mK de alta Tg.
Aismalibar"THINLAM" de Aismalibar ofrece una gama muy amplia de:
- Materiales
- Actuaciones
- 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 se basan en décadas de experiencia en la gestión del calor de los componentes electrónicos en la cara superior de la placa de circuito impreso.
La declaración de este experto confirma la importancia de mantener las temperaturas de los componentes electrónicos lo más bajas posible.
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Un aumento de 9 Kelvin puede reducir a la mitad la vida útil de un componente electrónico de potencia
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