Laminados Térmicos: Una herramienta más en su caja de herramientas


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Entrevista destacada realizada por el equipo editorial de I-Connect007 Editorial Team Jeff Brandman, presidente de Aismalibar de Norteamérica, analiza los materiales térmicos de la empresa y cómo pueden ayudar a los diseñadores e ingenieros a enfrentar los desafíos térmicos. También detalla qué segmentos están impulsando el desarrollo de estos materiales y ofrece consejos para los tecnólogos que son nuevos en el manejo de problemas térmicos.

Andy Shaughnessy: Jeff, cuéntanos sobre Aismalibar y algunos de tus materiales térmicos.
Jeff Brandman: Gracias por invitarme. Agradezco la oportunidad de hablar con usted. Aismalibar ha sido fabricante de laminados de PCB prácticamente desde que se empezaron a fabricar PCB, y ha estado involucrado en materiales FR-1, FR-2, FR-4, así como CEM-1 y CEM-3. A finales de los años 90, Aismalibar vio que había una gran oportunidad en la gestión térmica y se convirtió en el primer fabricante en producir sustratos metálicos aislados en Europa.

Shaughnessy: Danos más información sobre los laminados térmicos. ¿Qué debería buscar un diseñador o ingeniero eléctrico y qué impulsa el desarrollo de estos laminados?
Brandman: El segmento más grande de laminados térmicos en el que estamos involucrados en este momento es el mercado de LED. Los LED han recorrido un largo camino desde que se introdujeron originalmente en el mercado. Se han vuelto extremadamente pequeños y eficientes, y el espacio que se necesita en una PCB para un LED en este momento es extremadamente compacto. Aunque los LED se están volviendo muy pequeños desde la perspectiva de la huella y eficientes desde el punto de vista del calor, eso simplemente significa que los diseñadores van a meter más en un espacio más pequeño. Como resultado, la oportunidad de mover el calor fuera de esa área es extremadamente crítica. Muchos de nuestros productos actualmente están diseñados para esta industria. Muchos de nuestros clientes utilizan en gran volumen nuestros productos para la industria automotriz.

Shaughnessy: Usted mencionó que los diseñadores a menudo diseñan demasiado las placas con requisitos térmicos, lo que hace que la placa sea más costosa y difícil de fabricar.

Brandman: Tradicionalmente, muchos diseñadores se han centrado mucho en el número de conductividad térmica, vatios por metro Kelvin. ¿Cuánto calor puedes alejar el LED de tu PCB? Sin embargo, el número de conductividad térmica no es necesariamente el número más importante porque si está tomando un solo lado de una aplicación, donde tiene el cobre, la capa dieléctrica y el disipador de calor, que podría ser cobre o aluminio, querrá mueve el calor de esa capa de cobre activa. Si encuentra el material que tiene cinco mils de dieléctrico pero tiene 10 vatios por metro Kelvin, en el papel, a veces los diseñadores se entusiasman mucho con el número de conductividad térmica súper alto.

Pero el número en el que es importante centrarse es la resistencia térmica o la impedancia térmica, y donde intentamos centrar nuestra tecnología es en hacer que esa capa dieléctrica sea lo más delgada posible para poder mover el calor lo más rápido posible. A veces, la conductividad térmica no es tan alta como 10, pero con un número de conductividad térmica sólido y una capa dieléctrica ultrafina, la oportunidad de mover el calor es bastante significativa.

Shaughnessy: Usted mencionó que los diseñadores a menudo diseñan demasiado las placas con requisitos térmicos, lo que hace que la placa sea más costosa y difícil de fabricar.

Brandman: Como fabricante de laminados, muchos talleres de PCB se acercan a nosotros. Dicen: “Tenemos este dibujo para esta PCB. ¿Cuál de tus materiales encaja mejor con este dibujo? Muchas veces, veo una especificación en un material de una sola cara donde la parte posterior de aluminio o de cobre tiene un grosor extraño. Por ejemplo, un espesor muy común para ese respaldo de cobre o aluminio es 1,5 milímetros, pero luego veo gente apilar 2 milímetros o 78 mil, o 2,5 milímetros o 100 mil. Lo que los diseñadores quizás no se den cuenta es que, aunque pueden obtener un pequeño porcentaje de otras pruebas térmicas para hacer algo así, el costo de la PCB podría duplicarse o triplicarse. Tal vez vea entre un 1% y un 2% en la temperatura del punto de unión del LED, pero ¿realmente vale la pena todo ese dinero extra? A veces, los diseñadores diseñan de manera ultraconservadora porque esa es su naturaleza y eso es bueno. Pero al mismo tiempo, una mayor comunicación con los talleres de PCB y los fabricantes de laminados podría ser realmente positivo para valorar la tecnología frente al coste.

Shaughnessy: Parece que tendría que comunicarse con el fabricante y el fabricante del laminado cuando se trata de estos tableros en los que se ven puntos críticos por todas partes.

Brandman: Recibimos muchos diseñadores de fabricantes de equipos originales que se comunican con nosotros sobre su diseño y nos preguntan: "¿Cuál sería el mejor material para adaptarse a lo que estamos diseñando aquí?" En esos casos, hago recomendaciones basadas en costo versus tecnología. Intento recordarles: “Si ponen 3 onzas de cobre aquí, será mucho más caro de lo que creen. ¿Hay alguna manera de hacer esto con dos onzas de cobre? La mayoría de las veces, los diseñadores son bastante receptivos a estas recomendaciones.

Shaughnessy: Si nunca antes habían trabajado con este tipo de material, ¿cambia de alguna manera la forma en que el diseñador hace el diseño?

Brandman: Para un diseñador de PCB que no haya tenido experiencia trabajando en una aplicación de calor, habría una curva de aprendizaje, pero muchos diseñadores de PCB que tienen experiencia con el calor, ya sea de una cara o de múltiples capas, podrían aprovechar la experiencia. ventajas de utilizar este tipo de materiales de inmediato.

Shaughnessy: La automoción es uno de los grandes impulsores. Acabo de leer que las ventas de automóviles aumentaron este año en América del Norte, a pesar del COVID-19. ¿Lo ves?

Brandman: Estamos involucrados en varios programas automotrices impulsados por Norteamérica en el ciclo completo, desde el apoyo al diseño, la creación de prototipos y la producción. El año comenzó muy fuerte, donde casi todos los programas en los que participamos estaban a plena capacidad o cerca de su máxima capacidad. Entonces ocurrió el COVID-19. Debido a que la industria automotriz no es parte de la cadena de suministro crítica, gran parte de ese negocio estuvo cerrado por completo durante 4 a 6 semanas.

Abril fue un mes muy aterrador para todos porque nadie sabía realmente qué estaba pasando en el mundo y el impacto que realmente iba a tener el COVID-19. A nivel mundial, cuando todos entendieron cómo estaban las cosas con el COVID-19, las fábricas volvieron a abrir. Cuando volvieron a abrirse, no pasaron del 0% al 25%. Pasaron del 0% al 125% porque necesitaban recuperar el tiempo de estos programas debido al cierre de la fábrica. Aparte de haber suspendido estos programas por un corto período de tiempo, ha sido un año muy fuerte en términos de producción.

Barry Matties: En el ámbito del automóvil, ¿qué tendencias ve? Vemos que salen muchos coches eléctricos. ¿Cómo influye eso en su mercado? ¿Ves más demanda en esa área?

Brandman: Estamos analizando eso ahora mismo. Hay personas que se acercan a nosotros con respecto a los autos eléctricos, pero tenga en cuenta que la producción de autos eléctricos en este momento es solo una pequeña fracción de lo que son los autos de gasolina, por lo que muchas de esas oportunidades aún están en su infancia. Y un ciclo de diseño típico para la industria electrónica y automotriz hasta que pasa a producción es de unos pocos años.

Matties: Parece un sector emergente.

Brandman: Existe una gran oportunidad de crecimiento. Hay muchas oportunidades para prototipos flotando en este momento, lo que realmente está en el lado de la conversión de energía. El principal mercado en el que nos centramos es el de los LED. La conversión de energía también es otro mercado en el que hacemos muchos negocios, y ese es el calor en movimiento, pero en realidad se centra en la instalación eléctrica y el aseguramiento de esa instalación eléctrica.

Matties: ¿Las necesidades de calor de los coches eléctricos, aparte de las LED, son mayores o menores?

Brandman: Al igual que la conversión de energía, es necesario tener un dieléctrico sólido para garantizar la instalación eléctrica. Podrás mover el calor, pero habrá algunas barreras en cuanto a cuánto puedes mover porque necesitas tener esa instalación eléctrica. En cuanto a la iluminación, muchos de los faros LED de alta potencia y gama alta funcionan con un diseño de luz de pedestal donde el LED tiene una almohadilla térmica aislada, y colocan la almohadilla térmica aislada justo encima del disipador de calor de cobre. . Las almohadillas eléctricas todavía están encima del dieléctrico. Mueven el calor del LED directamente al disipador de calor sin dieléctrico. La capacidad de mover calor en ese escenario de iluminación de pedestal es significativamente mayor que en el diseño de energía típico porque en energía, tendrás un dieléctrico bastante sólido y estarás bastante limitado por él.

Matties: También hay aspectos ambientales de la térmica que nunca desaparecerán.

Brandman: Las pruebas típicas en automoción para laminados y PCB son de aproximadamente -40 °C a +125 °C, y realizan muchos ciclos térmicos en esta área. Yo diría que el automóvil es uno de los mercados donde se realizan la mayor cantidad de pruebas de confiabilidad térmica en los PCB. Hace mucho calor en Arizona, pero por otro lado, la gente conduce el automóvil en Alaska en invierno, y tiene que funcionar en ambos escenarios, pase lo que pase.

Matties: Esa es una tarea difícil de cumplir. Mencionaste más comunicación en torno a los diseñadores con fabricantes y proveedores de materiales. Hemos estado escuchando esto durante años. ¿Está sucediendo o sigue siendo sólo un deseo?

Brandman: Está sucediendo. Estamos en comunicación con muchos diseñadores. Se comunican con nosotros todo el tiempo, pero también me encuentro con muchos casos en los que los diseños no estaban bien pensados y desearía que el diseñador se hubiera comunicado con una tienda de PCB o un fabricante de laminados. A veces, los diseñadores diseñan cosas que son geniales en el papel pero que no siempre lo son en la realidad. Cuando habla con el personal de ingeniería de front-end en un taller de PCB, muchas veces regresan al cliente y le dicen: “¿Podemos cambiar esto en su diseño? Fue muy difícil para nosotros fabricar eso”. Eso está superando los límites de ese proceso para cualquiera. Esas conversaciones en este momento se están produciendo principalmente de manera orgánica. No hay comunicación formal. La gente simplemente está diseñando algo. Les gusta nuestro material o el de otra persona, y van a Google para contactarnos de la nada, lo cual es genial, pero me encantaría participar en la promoción de esa comunicación.

Matties: ¿Cómo va todo desde una perspectiva empresarial?

Brandman: El negocio va bien y a nuestra gente le va bien. Nuestras fábricas están en España. Fue una época aterradora, sobre todo cuando los números [del COVID-19] se estaban volviendo locos en España, pero nunca cerramos ni dejamos de ir a la oficina. Pudimos permanecer abiertos, pero tuvimos que reducir nuestros turnos y ser realmente inteligentes al respecto.

Shaughnessy: ¿Qué consejo le darías a alguien nuevo en el diseño de tablas con problemas térmicos?

Brandman: Mi mejor consejo es comunicarse con su tienda de PCB e incluso comunicarse con el laminado que está especificando. Cuando estés diseñando, pregúntales si hay alguna aportación que puedan tener específicamente sobre el diseño y que pueda resultar útil. Si esa conversación ocurre, realmente les ayudará a largo plazo.

Shaughnessy: La comunicación elimina muchos problemas.

Brandman: Todo el mundo tiene conocimientos y experiencia. Cuando interactúas con otras personas que saben de lo que están hablando y lo que estás tratando de hacer, siempre aprenderás rápidamente.

Matties: Jeff, ha sido fantástico ponerme al día contigo. Brandman: Muchas gracias. Espero volver a encontrarme con usted cuando las cosas se vean un poco mejor a nivel mundial. DISEÑO007

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