En el vasto universo de la industria electrónica, La importancia de las placas de circuito impreso. (PCB) como puentes que conectan componentes electrónicos es evidente. Sin embargo, con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, Los PCB tradicionales parecen no poder hacer frente al embalaje de dispositivos de alta potencia.. Para superar este cuello de botella, Han surgido una serie de tecnologías innovadoras., entre los cuales la tecnología de integración de dispositivos de energía en PCB es la estrella más deslumbrante. Este artículo lo llevará al misterioso mundo de esta tecnología y explorará sus principios., estado actual y tendencias futuras.
1.Limitaciones y desafíos de los PCB tradicionales
tarjeta de circuito impreso, el “autopista electrónica” Compuesto por una capa de aislamiento orgánico y una capa de circuito metálico., Se ha convertido en un componente indispensable en productos electrónicos con su bajo precio y buena maquinabilidad.. Sin embargo, así como todo tiene sus limitaciones, La insuficiencia de los PCB tradicionales en el rendimiento de disipación de calor se ha convertido en un importante cuello de botella que restringe su aplicación en el campo del embalaje de dispositivos de alta potencia..
La capa de aislamiento orgánico., Generalmente hecho de material de resina orgánica y tela de fibra de vidrio. (FR4), Tiene una conductividad térmica de sólo 0,2 ~ 0,3 W/(m · k), que es mucho menor que la conductividad térmica de los materiales metálicos.. En ambiente de alta temperatura, Los materiales orgánicos son propensos a la degradación térmica y al envejecimiento térmico., e incluso puede ocurrir carbonización en casos severos., Lo que afecta seriamente la estabilidad y vida útil de los productos electrónicos.. Por lo tanto, Es difícil para los PCB tradicionales cumplir con los altos requisitos del empaque de dispositivos de energía para el rendimiento de disipación de calor..
2.La aparición de placas de circuito impreso a base de metal. (MCPCB)
Para mejorar el rendimiento de disipación de calor de los sustratos de PCB, placas de circuito impreso a base de metal (MCPCB) surgió. Los MCPCB combinan capas metálicas y capas aislantes, y utilizar la alta conductividad térmica del metal para mejorar la capacidad general de disipación de calor del sustrato. Sin embargo, aunque los MCPCB han mejorado en el rendimiento de disipación de calor, su conductividad térmica general aún no es alta, lo que dificulta alcanzar el objetivo final de rendimiento de disipación de calor para el embalaje de dispositivos de alta potencia..
3.Avances en la tecnología de placas de cobre enterradas
Para mejorar aún más el rendimiento de disipación de calor de los sustratos de PCB, La industria ha propuesto el concepto de placas de cobre enterradas.. La tecnología de placa de cobre enterrada utiliza un proceso de laminación para incrustar bloques metálicos de cobre en sustratos de PCB o MCPCB con ventana., y utiliza la alta conductividad térmica del metal para mejorar significativamente la capacidad general de disipación de calor del sustrato.. Sin embargo, Para evitar cortocircuitos causados por la conducción del metal., Por lo general, la superficie del bloque de cobre debe cubrirse con una capa aislante.. Aunque esta capa aislante soluciona el problema del cortocircuito, También tiene un cierto impacto en el rendimiento de disipación de calor del sustrato..
4.Jinmai: Práctica innovadora de incorporar dispositivos de alimentación estándar en PCB empaquetados
En este contexto, Jinmai (una subsidiaria de Infineon Technologies, cual es el agente de Inheng) solicitó una patente de modelo de utilidad para “PCB empaquetado integrado para dispositivos de alimentación estándar” (número de solicitud: CN202323630195.1). La patente propone una nueva estructura de embalaje que integra chips de potencia, circuitos de control y circuitos de accionamiento, barras colectoras y resistencias en derivación en una PCB, logrando una alta integración y modularización.
Específicamente, la estructura de PCB de la patente incluye seis capas de embalaje, en el que se proporciona una unidad portadora entre la tercera capa de embalaje y la cuarta capa de embalaje. La unidad portadora incluye un sustrato de cobre., cuya superficie superior está provista de una ranura, y el fondo interior de la ranura está conectado fijamente al chip de potencia a través de una capa de conexión. Esta estructura no sólo amplía el área de conducción de calor., pero también minimiza el impacto de la capa de aislamiento en el rendimiento de disipación de calor optimizando el diseño y el espesor de la capa de aislamiento..
Vale la pena señalar que es probable que la solución de integración de Jinmai se diseñe en base al chip S-cell de Infineon.. Como producto estrella de Infineon, El chip S-cell ha ganado un amplio reconocimiento en el mercado por su excelente rendimiento y estabilidad.. Jinmai lo aplicó a su propia solución de embalaje., lo que sin duda mejoró aún más la competitividad del producto.
Sin embargo, También hay algunos problemas que vale la pena explorar en esta solución.. Por ejemplo, el dispositivo de potencia está aislado de la superficie conductora de calor de montaje mediante una capa aislante, y el espesor y la conductividad térmica de esta capa tienen un mayor impacto en la resistencia térmica. Aunque hay una gran base de cobre para ampliar el área conductora de calor., La existencia de la capa aislante seguirá teniendo ciertas limitaciones en el rendimiento de disipación de calor.. Además, También vale la pena discutir si la resistencia de derivación incorporada es adecuada para aplicaciones de alta potencia.. La gran pérdida de corriente es grande., el valor de resistencia es muy pequeño, y si la variación de la temperatura afectará la precisión y otras cuestiones necesitan más investigación y verificación..
5.Una empresa en China: Exploración innovadora del sustrato y método de embalaje de chips de potencia integrados
Además de Jinmai, Una empresa en China también ha llevado a cabo una exploración en profundidad en el campo de la tecnología de PCB integrada en dispositivos de energía.. Propusieron un método de embalaje y un sustrato de embalaje integrado en un chip de potencia., que realiza un empaquetado eficiente y una disipación de calor de chips de potencia a través de chips desnudos, sustratos rígidos, tableros centrales, capas aislantes, capas metálicas externas, agujeros ciegos en la superficie de la capa metálica, columnas de conexión y capas metálicas internas.
Esta solución no solo mejora la densidad del embalaje y el rendimiento de disipación de calor., pero también reduce el costo de embalaje y la dificultad de fabricación al optimizar la estructura interna. Esta práctica innovadora del Circuito Sur de Shenzhen proporciona nuevas ideas y direcciones para el desarrollo de la tecnología de PCB integrada en dispositivos de energía..
6.Perspectiva futura: Infinitas posibilidades de la tecnología de PCB integrada en dispositivos de energía
Con el continuo desarrollo de la industria electrónica., La tecnología de PCB integrada en dispositivos de energía marcará el comienzo de una perspectiva de desarrollo más amplia. Por un lado, con la continua aparición de nuevos materiales y nuevos procesos, se mejorará aún más el rendimiento de disipación de calor de los sustratos de PCB; por otro lado, con el rápido desarrollo de la fabricación inteligente y la tecnología de Internet de las cosas, La tecnología de PCB integrada en dispositivos de energía se utilizará ampliamente en hogares inteligentes, vehículos de nueva energía, automatización industrial y otros campos, Proporcionar un fuerte apoyo a la innovación y el desarrollo en estos campos..
En el futuro, Tenemos razones para creer que la tecnología de PCB integrada en dispositivos de energía continuará superando los cuellos de botella técnicos y logrará una mayor eficiencia., Soluciones fiables e inteligentes de embalaje y disipación de calor.. Esta innovación tecnológica nos llevará a un mundo electrónico mejor.
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