Gestión térmica

Una placa de circuito impreso produce un calor que se debe controlar. La gestión térmica es la herramienta y tecnología utilizada para mantener un sistema dentro de su rango de temperatura de funcionamiento. Esto ocurre especialmente en dispositivos de iluminación, procesadores, fuentes de energía, adaptadores o motores eléctricos que necesitan producir mucho par.

El calor puede ser un problema en un sistema y los ingenieros tienen que encontrar una solución para controlar la temperatura. ¿Por qué? La respuesta podría resumirse en una palabra: fiabilidad. Muchos componentes están fabricados con silicio y el sobrecalentamiento es dañino para este material. La temperatura óptima la definen los proveedores. Un aumento de 20 °C reduce la vida útil del componente en un 50 %. Como resultado, la vida útil del dispositivo, que afecta a la fiabilidad, plantea problemas de garantía y, en definitiva, reduce los beneficios para el fabricante. Tener una avería en un aparato no es bueno para nadie y, por eso, es necesario controlar la temperatura.

¿Qué tipo de diseño de impedancia podemos encontrar en una PCB?

Diseño

Aumentar las separaciones entre las líneas de una PCB puede ser una buena opción para controlar el calor en el circuito. Sin embargo, la tendencia del mercado es reducir el tamaño de los dispositivos, miniaturizar los componentes, el tamaño de las placas, etc. Esta solución no suele ser fácil de utilizar dada la tendencia actual.

Disipadores de calor

Un disipador se fija a la placa o al componente y proporciona una elevada disipación del calor. El metal elimina el calor del circuito y ofrece una mayor superficie de contacto con el entorno (aspas) para transferir el calor.

Vías térmicas / Trayectoria

Las vías térmicas se perforan bajo el componente a través de la placa. Las vías, que pueden ser chapadas o no, aportan aire fresco y evacuan el calor. Las vías chapadas son más eficientes, ya que el cobre puede acumular más calor.

Cobre incrustado/integrado

Las incrustaciones de cobre son grandes piezas de cobre colocadas en el interior de las vías. Esta masa de cobre mantiene la temperatura baja durante más tiempo, ya que cuanta más masa, más tiempo tarda en calentarse. Por ejemplo, una olla pequeña de agua tardará menos en hervir que una grande. La incrustación de cobre también actúa como radiador y proporciona más superficie de contacto con el entorno local. El cobre también puede enterrarse en el interior de la placa. Esto se denomina cobre incrustado.

Sistemas de refrigeración líquida

En algunos sistemas complejos, como servidores u ordenadores potentes, los ingenieros pueden utilizar un circuito refrigerado por líquido que funciona igual que el sistema de refrigeración de un automóvil. El fluido circula en un circuito cerrado, elimina el calor de la placa y se enfría en un radiador en contacto con un ventilador o a temperatura ambiente.

Cobre pesado

La mayoría de las PCB se fabrican para aplicaciones de baja tensión o baja potencia, pero la necesidad de dispositivos de alta potencia es cada vez mayor. La tecnología Heavy Copper (cobre pesado) está diseñada para aumentar la capacidad de transporte de corriente, la resistencia a la temperatura y reducir el tamaño de los productos sin riesgo de fallo. Cuando las PCB estándares tienen trazas de cobre de un grosor que oscila entre ½ onza/pie2 y 3 onzas/pie2, el cobre pesado puede tener trazas de hasta 20 onzas/pie2.

El cupón de prueba típico es una PCB de aproximadamente 200 × 30 mm con exactamente la misma construcción de trazas que la PCB principal. Tiene trazas diseñadas para tener la misma anchura y estar en la misma capa que las trazas controladas del circuito principal. Esta es la mejor manera de garantizar un buen resultado. El cupón de prueba evita cualquier almohadilla adicional o cualquier cambio que pueda influir en la impedancia de la PCB. En los casos en que se especifique el grosor del laminado, el fabricante ajustará la anchura de la traza para alcanzar el valor de impedancia. Este cupón se probará y comprobará con los equipos de prueba adecuados. 

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