Una disipación térmica eficiente mediante el uso de disipadores de calor SMD evita desperfectos en sus PCB

Creado: September 20, 2021
Una disipación térmica eficiente mediante el uso de disipadores de calor SMD evita desperfectos en sus PCB

Todo indicaría que algo tan sencillo como prepararse una cena rápida, metiendo al horno una pizza congelada, no podría salir mal. Pero el hambre pudo más que mi buen juicio, e intenté sacar del horno la bandeja hirviendo... sin ponerme los guantes de cocina para horno. En un instante, el dolor de la quemadura llegó a mi cerebro y tuve que correr a poner el dedo bajo un chorro de agua fría. La cicatriz de la quemadura adornó mi dedo durante algunas semanas, pero el duro aprendizaje me acompañará por siempre, sobre todo para cuando vuelva a tener mucha hambre.

En la electrónica, es común que el disipador de calor de su PCB se caliente mucho, cosa que puede producir unas desagradables sorpresas a los técnicos poco precavidos. Y no solo eso, sino que las temperaturas extremas que van más allá del rango operativo de los componentes pueden traducirse en una vida útil más corta para su producto. El elemento generador de calor en sí mismo presentará defectos y el rendimiento de los elementos circundantes también se verá afectado. Hay muchos factores a considerar al lidiar con vías, vías térmicas, pasta térmica y componentes SMD. Sin embargo, con una adecuada comprensión y uso de los disipadores de calor SMD, usted podrá conservar sus diseños (y sus manos) en buenas condiciones.

Qué causa que una PCB se caliente y necesite de un disipador térmico SMD

Los equipos electrónicos simples, como las calculadoras digitales, producen muy poco calor. Pero cuando se está diseñando un controlador de alta gama o un circuito de transistores de potencia de alta corriente, es inevitable que el conjunto de su PCB tienda a calentarse. Para algunos componentes, como los reguladores de tensión, el aumento de temperatura basado en su resistencia térmica se puede calcular mediante el valor indicado en la ficha técnica.

Por ejemplo, el popular LM7805 en un paquete TO-220 verá incrementada su temperatura en 22ºC por cada vatio disipado sin un disipador térmico. Pero esto palidece en comparación a los transistores de potencia, que pueden llegar a los 100ºC de incremento en temperatura por vatio disipado. También notará que su microcontrolador se calienta cuando se activan todos los periféricos y opera a su máxima velocidad.

Tampoco son de ayuda las crecientes exigencias de disminuir cada vez más el tamaño de las PCB, lo cual causa que el calor se acumule más rápidamente de lo que puede disiparse. Más aun, cuando se colocan tarjetas de circuitos dentro de carcasas exteriores, la cantidad de calor generada puede hasta duplicar la temperatura. Por supuesto, las aberturas de ventilación y los ventiladores ayudan a controlar la temperatura. Pero este enfoque es solo tan efectivo como las técnicas de disipación de calor implementadas en un PCB.

Power transistor on blue background with metal jutting out
Los transistores de potencia pueden calentarse mucho. Es necesario manipularlos con cuidado.

Cómo diseñar placas de circuitos con una eficaz distribución térmica

Cuando se usa correctamente, el disipador térmico es un componente electrónico eficaz para mejorar la eficiencia de la placa. Al igual que otros componentes electrónicos, están disponibles en paquetes para montaje superficial. Los componentes SMD de alta potencia suelen tener un pad o almohadilla térmica en el que se puede usar pasta de soldar para soldarlo a un patrón de disipación de calor en la Placa de Circuito Impreso. Posteriormente, se suelda un disipador de calor SMD en el otro extremo del cobre para lograr una mejor disipación.

Antes de elegir el disipador para su componente de alta potencia, hay dos factores a considerar: la conductividad térmica entre la unión y la carcasa, y la resistencia del componente, y el disipador per se. Lo ideal es asegurarse de que la temperatura del componente no supere su límite de seguridad y que el disipador no se caliente a tal punto que pueda causar daños serios a la piel.

Es importante calcular la temperatura total de la juntura dividiendo la potencia disipada con la suma de la resistencia térmica del dispositivo, el área de disipación de la PCB y el disipador como tal. También se puede obtener la temperatura del disipador térmico como tal multiplicando la resistencia térmica del disipador por la potencia disipada. El diseño adecuado permite lograr que el disipador esté, por sí mismo, mucho más frío que el componente de alta potencia.

SMD Heat sink on white background
Asegúrese de que su disipador pueda

Es una idea errónea asumir que el uso de un disipador eliminará totalmente cualquier problema de calentamiento en su PCB. Lo que realmente hace es evitar la acumulación de calor en un punto específico. Aun así, es necesario mantener los componentes sensibles al calor, como los sensores, lo más lejos posible del disipador. El diseño de la carcasa también debe tener en cuenta un adecuado flujo de aire para evitar acumulaciones de calor.

Given the demands on smaller PCBs, namely the need for greater processing power in smaller packages, heat is more problematic. In these small boards, there may not be room for fans, large heat sinks, or spacing between components to prevent heat diffusion around a board. When you place a board with high heat dissipation into a closed enclosure, the temperature of the major heat-generating components will often increase to much higher values. Of course, vents will help exhaust any airflow and will help keep the temperature down, but such an approach is only as effective as the heat dissipation techniques implemented on the PCB itself. For very high power designs that can't accommodate a fan, creative enclosure design will be the main driver of heat management.

Un disipador de calor SMD es una excelente manera de disipar adecuadamente el calor en componentes de alta potencia. Como los disipadores SMD se presentan en diversos tamaños y formas, es necesario asegurarse de que se cree la huella adecuada y de contar con el mejor software para diseño de PCB. Cuando lo que se necesita es una herramienta de disposición de PCB fácil de usar y que incluya todo lo necesario para crear placas de circuitos fabricables de alta calidad, no necesitará más que CircuitMaker. Además de ser un software de diseño de PCB fácil de usar, todos los usuarios de CircuitMaker tienen acceso a un espacio de trabajo personal en la plataforma Altium 365. Usted puede cargar y almacenar sus datos de diseño en la nube, y también podrá ver fácilmente sus proyectos desde su navegador web en una plataforma segura.

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