Las tecnologías para mejorar la disipación del calor y la gestión de altas corrientes en las placas de circuitos impresos se desarrollan constantemente para satisfacer los requisitos de aplicaciones cada vez más complejas.
El Grupo ALBA ofrece una gama de soluciones técnicas para hacer frente a los retos que plantean estas aplicaciones. Esto es especialmente cierto cuando una parte digital con parámetros muy estrictos (microcomponentes QFN, BGA, disposición con anchura de conductor reducida y pequeñas distancias eléctricas entre los propios conductores) debe combinarse con una parte de potencia pura de la placa de circuito impreso que requiere un grosor de cobre de más de 70 µm (por ejemplo, hasta 3 mm) para soportar altas corrientes y una gestión térmica compleja.
Fig. 2: Vista microscópica de la micrografía
Placas de circuito impreso EBB (barras conductoras integradas)
Fig. 3: Ejemplo de un núcleo de cobre ("moneda")Las placas de circuito impreso con barras conductoras integradas tienen tiras o barras de material conductor incrustadas en una o varias capas de la placa y pueden fabricarse con diferentes formas, grosores y tamaños en función de los requisitos específicos del proyecto. Tienen la función de conectar diferentes puntos del circuito gestionando corrientes muy elevadas sin provocar sobrecargas térmicas debidas al efecto Joule y sin necesidad de tomar precauciones especiales para la gestión térmica de la placa de circuito impreso.
Esta solución técnica también puede reducir considerablemente el tamaño total de los dispositivos electrónicos, ya que no es necesario instalar otros elementos conductores externos. También es posible fabricar BusBars que sobresalgan del perfil de la placa de circuito impreso para que puedan conectarse directamente a un cable metálico grueso de alta corriente mediante conexiones de alimentación.
La tecnología EBB se utiliza para una amplia gama de aplicaciones, como sistemas de alimentación y carga para vehículos eléctricos, convertidores CC/CC y dispositivos de iluminación LED.
Placas de circuito impreso ECC (Embedded Copper Coin)
Aprovechando la tecnología de metales embebidos y teniendo en cuenta que el estrés térmico provocado por el funcionamiento de los circuitos impresos a altas temperaturas es una de las principales causas de mal funcionamiento de los componentes de potencia, especialmente cuando se fabrican con circuitos impresos de alta densidad de integración, es posible aplicar insertos metálicos embebidos (cobre) de grosor considerable (del orden de milímetros) sobre el circuito impreso, colocados en las zonas de disipación de potencia de los componentes de potencia: Estas inserciones suelen denominarse "monedas": Así, componentes como los transistores MOSFET pueden soldarse directamente sobre estas inserciones, lo que permite una gestión térmica más sencilla que si se utilizara un diseño genérico de almohadilla disipadora con o sin vías térmicas. Las elevadas temperaturas que alcanzan estos componentes de potencia hacen necesario que las placas de circuito impreso que los alojan garanticen una eficaz transferencia y distribución de la energía térmica generada durante su funcionamiento, tanto a los planos de masa de la propia placa como a los planos disipadores de calor externos (que luego se conectan a disipadores de calor adicionales).
Fig. 4: Micrografía
Fig. 5: 2ª micrografía
Fig. 6: Ejemplo de EBB (barra colectora integrada)
Fig. 7: Ejemplo de ECC (moneda de cobre incrustada)
Los circuitos impresos con estas "monedas" contienen, por tanto, elementos de cobre macizo de pequeñas dimensiones (normalmente iguales a la potencia disipada del componente de potencia en cuestión) y grosor considerable (incluso tan grueso como la placa de circuito impreso), que tienen la misión de conducir el calor a través de la sección del circuito. La forma de estos insertos puede ser rectangular, pero también pueden moldearse según las necesidades (por ejemplo, para MOSFET conectados en paralelo o en serie). Su perfil puede tener labios de distintos grosores para permitir el paso de conductores que no estén conectados a ellos (diseño muy digital). También pueden procesarse mecánicamente para que tengan una superficie hueca en comparación con la superficie del circuito impreso en el que están integrados.
Esta tecnología suele utilizarse para mejorar la gestión térmica en diseños en los que hay determinadas zonas localizadas con temperaturas elevadas mediante la integración de un disipador de calor en la placa de circuito impreso, pero también puede combinarse para aumentar la corriente eléctrica distribuible dentro de la placa de circuito impreso combinando la tecnología con raíles de alimentación integrados. Los circuitos ECC se utilizan con frecuencia en la industria del automóvil, la tecnología médica y en la nueva generación de infraestructuras de telecomunicaciones/datacom, pero también en placas de circuito impreso de alto rendimiento en la industria.
En resumen, la integración de "barras colectoras" o "monedas" en circuitos impresos representa soluciones tecnológicas avanzadas e innovadoras que ofrecen muchas ventajas en términos de fiabilidad, rendimiento, huella y coste global de los dispositivos electrónicos en comparación con las placas de circuito impreso convencionales.
Fig. 8: "Representación gráfica
