L’aumento delle potenze gestite dai dispositivi elettronici e la continua riduzione delle dimensioni rendono il controllo della temperatura un fattore determinante. Un controllo migliore assicura affidabilità, efficienza e durata dell’hardware elettronico.
Di conseguenza, la gestione termica non deve essere trascurata anche nei PCB (Printed Circuit Board, circuiti stampati). Proprio perché essi sono i principali responsabili della connessione tra le funzionalità dei componenti elettronici.
Come scegliere il materiale idoneo alla dissipazione del calore dei circuiti stampati
I supporti standard in FR4 (compositi realizzati in fibra di vetro e resina epossidica), seppur largamente utilizzati, mostrano notevoli limiti in termini di conduzione termica. Il materiale stesso infatti agisce da ostacolo alla dispersione del calore.
Per superare questi vincoli, oggi intervengono substrati avanzati come gli IMS (Insulated Metal Substrate). Essi sono composti da una base metallica (in rame, alluminio, ferro o acciaio) accoppiata a uno strato dielettrico ceramico ad alta conducibilità termica. Entrambi permettono una migliore dissipazione del calore generato dai componenti.
Gli IMS possono essere applicati a circuiti in versioni semplici oppure multilayer fino a sei strati. Rendono questi circuiti versatili e adatti a una vasta gamma di applicazioni, anche molto complesse.
La tecnologia Copper Coin
Tra le soluzioni più performanti si distingue la tecnologia Copper Coin, che prevede l’inserimento di una moneta o barra di rame direttamente all’interno del PCB. Questo elemento, posizionato sotto i componenti più critici, funge da collegamento termico diretto verso l’esterno. Consente di bypassare i materiali isolanti e migliorare drasticamente la dissipazione. Il rame, grazie alla sua elevatissima conducibilità termica, fino a 1.300 volte superiore ai prepreg convenzionali, consente un raffreddamento localizzato molto efficace.
Esistono diverse configurazioni di Copper Coin:
- passante, che attraversa l’intero spessore del circuito;
- blind, che attraversa solo una parte dello spessore del PCB;
- T-Coin, pensato per spazi ristretti su un lato.
I tecnici NCAB Group hanno supportato lo sviluppo del progetto di un convertitore di potenza per un cliente, introducendo la tecnologia Copper Coin. Essa ha permesso di ridurre del 70% la temperatura operativa, migliorando al contempo l’efficienza e riducendo l’impiego di ingombranti dissipatori esterni.
L'alternativa della tecnologia Heavy Copper+
Un’altra soluzione è la tecnologia Heavy Copper+, che consente di realizzare PCB con spessori di rame superiori al millimetro, grazie a tecniche avanzate di incisione e stratificazione.
Questa struttura permette l’integrazione di conduttori ad alta portata direttamente nel circuito, mantenendo l’isolamento tramite riempimenti dielettrici. Il risultato è una dissipazione più omogenea e una maggiore robustezza elettrica e termica.
In un esempio pratico studiato, la sostituzione di un sistema PCB + bus bar separati con un Bus Bar PCB integrato ha semplificato l’intero processo produttivo, riducendo costi, tempi e criticità tecniche.
Meglio il Copper Coin oppure l'Heavy Copper+?
La selezione della tecnologia più adatta a un progetto di PCB dipende dalla specifica distribuzione del calore nel progetto e dagli obiettivi applicativi.
Il Copper Coin si dimostra ideale per dissipazioni concentrate. L’Heavy Copper+ è invece più adatto per gestioni termiche distribuite e applicazioni a corrente elevata.
Per ottenere il massimo dalle tecnologie illustrate, è essenziale lavorare a quattro mani con il fornitore di PCB fin dalle prime fasi della progettazione. Solo un approccio integrato consente di sviluppare dispositivi elettronici affidabili e ad alte prestazioni, in grado di affrontare con successo le sfide crescenti dell’elettronica di potenza.
NCAB Group mette a disposizione delle Design Guideline che possono supportare nella scelta della tecnologia ideale per il vostro progetto.