În vastul univers al industriei electronice, importanța plăcilor cu circuite imprimate (PCB -uri) ca punți care conectează componentele electronice este de la sine înțeles. Cu toate acestea, cu dezvoltarea rapidă a științei și tehnologiei, PCB-urile tradiționale par a fi incapabile să facă față ambalajului dispozitivelor de mare putere. Pentru a trece peste acest blocaj, au apărut o serie de tehnologii inovatoare, printre care tehnologia de încorporare a dispozitivelor de putere în PCB-uri este cea mai orbitoare vedetă. Acest articol vă va duce în lumea misterioasă a acestei tehnologii și vă va explora principiile acesteia, starea actuală și tendințele viitoare.
1.Limitările și provocările PCB-urilor tradiționale
PCB, cel “autostrada electronica” compus din strat de izolație organică și strat de circuit metalic, a devenit o componentă indispensabilă în produsele electronice cu prețul scăzut și prelucrabilitatea bună. Cu toate acestea, la fel cum totul are limitele lui, inadecvarea PCB-urilor tradiționale în performanța de disipare a căldurii a devenit un blocaj major care limitează aplicarea sa în domeniul ambalării dispozitivelor de mare putere.
Stratul izolator organic, de obicei realizate din material rășină organică și pânză din fibră de sticlă (FR4), are o conductivitate termică de numai 0,2 ~ 0,3 W/(m·K), care este mult mai mică decât conductivitatea termică a materialelor metalice. În mediu cu temperatură ridicată, materialele organice sunt predispuse la degradare termică și îmbătrânire termică, și chiar carbonizarea poate apărea în cazuri severe, care afectează grav stabilitatea și durata de viață a produselor electronice. Prin urmare, este dificil pentru PCB-urile tradiționale să îndeplinească cerințele ridicate ale ambalajului dispozitivului de putere pentru performanța de disipare a căldurii.
2.Apariția plăcilor de circuite imprimate pe bază de metal (MCPCB-uri)
Pentru a îmbunătăți performanța de disipare a căldurii a substraturilor PCB, plăci de circuite imprimate pe bază de metal (MCPCB-uri) a luat ființă. MCPCB-urile combină straturi metalice și straturi izolatoare, și utilizați conductivitatea termică ridicată a metalului pentru a îmbunătăți capacitatea generală de disipare a căldurii a substratului. Cu toate acestea, deși MCPCB-urile au îmbunătățit performanța de disipare a căldurii, conductivitatea lor termică generală nu este încă ridicată, ceea ce face dificilă îndeplinirea urmăririi finale a performanței de disipare a căldurii pentru ambalarea dispozitivelor de mare putere.
3.Revoluții în tehnologia plăcilor de cupru îngropate
Pentru a îmbunătăți și mai mult performanța de disipare a căldurii a substraturilor PCB, industria a propus conceptul de plăci de cupru îngropate. Tehnologia plăcilor de cupru îngropate utilizează un proces de laminare pentru a încorpora blocuri metalice de cupru în substraturi cu ferestre PCB sau MCPCB, și utilizează conductivitatea termică ridicată a metalului pentru a îmbunătăți semnificativ capacitatea generală de disipare a căldurii a substratului. Cu toate acestea, pentru a evita scurtcircuitele cauzate de conducția metalică, suprafața blocului de cupru trebuie de obicei acoperită cu un strat izolator. Deși acest strat izolator rezolvă problema scurtcircuitului, are, de asemenea, un anumit impact asupra performanței de disipare a căldurii a substratului.
4.Jinmai: Practică inovatoare de încorporare a dispozitivelor de alimentare standard în PCB-ul ambalat
Pe acest fond, Jinmai (o subsidiară a Infineon Technologies, care este agentul lui Inheng) a solicitat un brevet de model de utilitate pentru “PCB ambalat încorporat pentru dispozitive standard de alimentare” (numărul cererii: CN202323630195.1). Brevetul propune o nouă structură de ambalare care integrează cipuri de putere, circuite de control şi circuite de acţionare, bare colectoare și rezistențe de șunt într-un PCB, realizarea unei integrări și modularizări ridicate.
Mai exact, structura PCB a brevetului include șase straturi de ambalare, în care o unitate de transport este prevăzută între al treilea strat de ambalare şi al patrulea strat de ambalare. Unitatea de transport include un substrat de cupru, a cărui suprafață superioară este prevăzută cu o canelură, iar partea inferioară interioară a canelurii este conectată fix la cipul de putere printr-un strat de conectare. Această structură nu numai că extinde zona de conducere a căldurii, dar minimizează și impactul stratului de izolație asupra performanței de disipare a căldurii prin optimizarea aspectului și grosimii stratului de izolație.
Este demn de remarcat faptul că soluția de integrare a lui Jinmai este probabil să fie proiectată pe baza cipului S-cell de la Infineon. Ca produs vedetă al Infineon, cipul S-cell a câștigat o largă recunoaștere pe piață pentru performanța și stabilitatea sa excelente. Jinmai l-a aplicat la propria soluție de ambalare, ceea ce, fără îndoială, a sporit și mai mult competitivitatea produsului.
Cu toate acestea, există, de asemenea, câteva probleme care merită explorate în această soluție. De exemplu, dispozitivul de alimentare este izolat de suprafața termoconductoare de montaj printr-un strat izolator, iar grosimea și conductibilitatea termică a acestui strat au un impact mai mare asupra rezistenței termice. Deși există o bază mare de cupru pentru extinderea zonei conductoare de căldură, existenţa stratului izolator va avea totuşi anumite limitări asupra performanţei de disipare a căldurii. În plus, dacă rezistorul de șunt încorporat este potrivit pentru aplicații de mare putere, merită de asemenea discutat. Pierderea mare de curent este mare, valoarea rezistenței este foarte mică, și dacă variația temperaturii va afecta acuratețea și alte probleme necesită cercetări și verificări suplimentare.
5.O companie din China: Explorarea inovatoare a substratului de ambalare a chipului de putere încorporat și a metodei de ambalare
Pe lângă Jinmai, O companie din China a efectuat, de asemenea, explorări aprofundate în domeniul tehnologiei PCB încorporate pentru dispozitive de alimentare. Ei au propus un substrat de ambalare încorporat cu un cip de putere și o metodă de ambalare, care realizează ambalarea eficientă și disiparea căldurii cipurilor de putere prin cipuri goale, substraturi rigide, plăci de bază, straturi izolante, straturi metalice externe, găuri oarbe pe suprafața stratului de metal, coloane de legătură și straturi metalice interne.
Această soluție nu numai că îmbunătățește densitatea ambalajului și performanța de disipare a căldurii, dar reduce si costul ambalajului si dificultatea de fabricatie prin optimizarea structurii interne. Această practică inovatoare a Shenzhen South Circuit oferă noi idei și direcții pentru dezvoltarea tehnologiei PCB încorporate pentru dispozitive de putere.
6.Perspectivele viitoare: Posibilități infinite ale tehnologiei PCB încorporate pentru dispozitive de alimentare
Odată cu dezvoltarea continuă a industriei electronice, Tehnologia PCB încorporată a dispozitivului de putere va introduce o perspectivă de dezvoltare mai largă. Pe de o parte, odată cu apariţia continuă de noi materiale şi noi procese, performanța de disipare a căldurii a substraturilor PCB va fi îmbunătățită în continuare; pe de altă parte, odată cu dezvoltarea rapidă a producției inteligente și a tehnologiei Internet of Things, Tehnologia PCB încorporată a dispozitivului de putere va fi utilizată pe scară largă în casele inteligente, vehicule cu energie nouă, automatizări industriale și alte domenii, oferind un sprijin puternic pentru inovare și dezvoltare în aceste domenii.
În viitor, Avem motive să credem că tehnologia PCB încorporată a dispozitivelor de alimentare va continua să treacă prin blocajele tehnice și să devină mai eficiente, soluții de ambalare și disipare a căldurii fiabile și inteligente. Această inovație tehnologică ne va conduce către o lume electronică mai bună.
____________________________________________________
