Техника с частична дебела мед

09 ноември 2015 г., 8:17 ч. | Алфред Голдбахер

Многобройните индустриални приложения не само изискват много мощност, но и управляват логиката на същата платка. Това е мястото, където технологията Wirelaid влиза в игра, тъй като може да се използва за охлаждане на захранващите компоненти, както и за миниатюризиране на системата.

Популярната поговорка „много помага много“ достига своите граници в ежедневието точно толкова, колкото и в технологията на платките. Много мед е също толкова ценно по отношение на токоносимостта, колкото и при ефективното охлаждане на силовите компоненти. Както вече беше показано в [1], плътната мед е скъпа и на външните слоеве не е подходяща за SMD технология.

Фиг. 1. Тестовата серия се основава на оценителна платка от Würth Elektronik, на която MagI3C захранващ модул, включващ външни схеми, се изследва за топлинно натоварване с помощта на камера за термично изображение.

Тук частичната технология с дебел мед Wirelaid показва своите предимства: По-високите медни напречни сечения се осигуряват само в местата, където са необходими - т.е. директно върху силовия компонент, за да се избегнат горещи точки и да се увеличи надеждността и експлоатационният живот на компонентите. По-долу е показан потенциалът на тази опция за дизайн въз основа на експеримент.

Противоречиви изисквания към дизайна

Конструкциите на съвременните силови компоненти - напр. Мощни MOSFET в корпус D²PAK - имат големи медни напречни сечения от вътрешната страна и голяма централна нагревателна подложка от външната страна. В резултат на това топлината, която се генерира в корпуса на чипа поради загубата на мощност, може да се разсее от корпуса с възможно най-ниското термично съпротивление. В по-нататъшния ход на топлинния път, термичните съпротивления трябва да бъдат оптимизирани, за да може да се осъществи ефективно охлаждане. Доброто термично свързване към платката се постига чрез плоско запояване без мехурчета върху контактната подложка. За да може да се разпредели топлината от там, отново се изискват големи медни напречни сечения. Това обаче противоречи на изискванията за фин проводник на монтираните на повърхността силови компоненти и по-нататъшната SMD схема (Изображение 1).

Този балансиращ акт успява с частично дебелата медна технология Wirelaid: Заваряването на проводниците на гърба на медното фолио се оказва изключително изгодно, за да се разсее топлината директно под термичната подложка на компонента. Няма нужда от термични отвори в запояващата подложка с всички известни недостатъци. Този подход работи и с тесен набор от силови компоненти, при условие, че контактите на термичната подложка имат същия потенциал.

Стандартна платка в експлоатация, фигури 2 до 4

Ефектът е чрез с Снимки 2, 3 и 4 Демонстрирани записани тестови серии: В таблото за оценка, показано на фигура 1, силов компонент с номинална загуба на мощност 16,5 W/cm² се включва и наблюдава с термокамера. След около пет секунди можете да видите заровените проводници отляво и отдясно на компонента (фиг. 2), тъй като те се нагряват поради разсейването на топлинните загуби. Ако експериментът продължи, докато не се нагрее до максимум, на стандартната платка се появява ясно място (фиг. 3). Докато платката Wirelaid (фиг. 4) показва по-високо ниво на температурата като цяло, компонентът остава значително по-хладен: охлаждането работи.

Изразено в цифри: Температурата на силовия компонент е с 17 K по-ниска при заровените Wirelaid охлаждащи проводници, което съответства на удължаване на експлоатационния живот с коефициент четири. Ако компонентът, използван в тестовата серия, работи на границата на спецификацията, Wirelaid подходът може да се използва за прилагане на комфортна застраховка живот при много благоприятни условия.

Спестете системни разходи

В сравнение със стандартната дебела медна платка, платката Wirelaid също отбелязва резултати с конкретни аргументи и още повече, ако сравнението на разходите се прави на системно ниво. Андреас Шилп, отговорен продуктов мениджър за Wirelaid и модерни продукти в Würth Elektronik, също подчертава този аспект: „Най-големият потенциал за спестяване на технологията Wirelaid влиза в игра преди всичко с по-сложни системи“.

Тази констатация може да бъде илюстрирана ясно, ако се сравнят системните разходи на многослойна схема с шест слоя и логически модул с тези на еквивалентна платка Wirelaid (маса).

Таблица. Сравнението на двете решения показва кои спестявания могат да бъдат постигнати с дизайна на печатни платки, реализирани с технологията Wirelaid.

Като казус, това сравнение се основава на шестслойна многослойна верига, при която медни слоеве с дебелина 105 µm поемат задачата с висок ток. Логиката е реализирана на модул с ултрафина жична технология и се свързва на основната платка чрез конектори. В случай на адекватно решение с Wirelaid, обаче, логическият модул може да бъде напълно интегриран в монтажния слой благодарение на възможността за най-фините проводникови структури. „По този начин технологията за свързване, както и всички други системни разходи за модула и брака се елиминират“, обяснява Андреас Шилп. „В този пример разходите могат практически да бъдат намалени наполовина.“ Има и други свързани със системата предимства, които са резултат от по-малкото количество мед, т.е. по-ниската топлинна мощност:

Значително опростяване на процеса на запояване, както и спестяване на производствени разходи за специални процеси на запояване и по-висок добив
Възможни са ръчно и селективно запояване - също за ремонт
Забележимо намаляване на теглото

В обобщение, има възможности за намаляване на разходите на системно ниво чрез интегриране на логически модули, освен това чрез спестяване на кабели и технология за свързване, както и чрез намаляване на размера на платката поради по-малкото пространство.

литература

[1] Заваряване върху медни проводници на борда. Elektronik 2015, H.20, стр. 48.
[2] Вестенкирхнер, Дж .; Goldbacher, A.: Избягване на тесни места. Електроник 2014, № 24, стр. 45.
[3] Westenkirchner, J.: Байпай за големи потоци. Електроник 2010, № 26, стр. 20.