Una dissipazione del calore efficiente coi dissipatori SMD può salvare i tuoi PCB (e le tue dita)

Zachariah Peterson
|  Creato: September 5, 2021
Una dissipazione del calore efficiente coi dissipatori SMD può salvare i tuoi PCB (e le tue dita)

È solo una semplicissima pizza surgelata. Cosa potrebbe mai andar storto? Peccato che a volte la fame prenda il sopravvento, facendoti dimenticare di prendere le presine prima di toccare la teglia bollente. A me è capitato. Il dolore non ha tardato ad arrivare mentre correvo a mettere la mano sotto il getto freddo del rubinetto. La cicatrice sul dito si è vista per qualche settimana ancora, ma il ricordo di quell'esperienza rimarrà con me a lungo, o almeno fino alla prossima volta in cui avrò fame.

Nell'elettronica, la situazione intorno ai dissipatori di calore dei PCB possono farsi piuttosto rovente, soprattutto per gli ignari tecnici che li maneggiano. Non solo, ma temperature estreme, oltre il range di funzionamento dei componenti, possono ridurre significativamente il ciclo di vita del prodotto. Il produttore di calore stesso sarà difettoso, influenzando negativamente le performance dell'ambiente circostante. Sono molte le cose da considerare quando si tratta di fori di via, fori per la dissipazione, pasta termica e componenti a montaggio superficiale. Tuttavia, potrebbe bastare conoscere e usare correttamente i dissipatori di calore SMD per salvare i tuoi progetti (e le tue dita).

Quali sono le cause di surriscaldamento dei PCB e perché è necessario un dissipatore a montaggio superficiale.

L’elettronica semplice come quella di una calcolatrice digitale produce una quantità di calore trascurabile. Ma quando si progetta un controller di fascia alta, o un transistor di potenza a corrente elevata, è inevitabile che la situazione tenda a surriscaldarsi. Per alcuni componenti, come i regolatori di tensione, l'aumento di temperatura definito dalla resistenza termica può essere calcolato a partire dal valore fornito nella scheda tecnica.

Ad esempio, senza dissipatore, il popolare LM7805 in un pacchetto TO-220 aumenterà di 22°C per ogni Watt di potenza dissipata. Questo è nulla in confronto a un transistor di potenza: alcuni transistor possono aumentare addirittura di 100°C per ciascun Watt dissipato. Anche il microcontrollore tende a surriscaldarsi quando vengono accese tutte le sue periferiche e lo si fa funzionare alla massima potenza.

Questo è un problema, specialmente con le dimensioni dei PCB sempre più ridotte, e con il calore che aumenta più velocemente di quanto non riesca a dissiparsi. E quando poi si posizionano i circuiti stampati in un ambiente esterno, il calore spesso sale fino al doppio della temperatura. Naturalmente, l'apertura di ventilazione e le ventole di scarico aiutano a controllare la temperatura. Ma quest'approccio è efficace solo se accompagnato da tecniche di dissipazione del calore implementate sul PCB stesso.

Transitor di potenza su sfondo blu con metallo che sporge
I transistor di potenza possono diventare molto caldi, maneggiali con cura.

Come progettare un'efficace distribuzione del calore sul circuito stampato

Se utilizzato correttamente, il dissipatore di calore è un componente elettronico efficace per aumentare l'efficienza del pcb. Come altri componenti elettronici, anche i dissipatori sono disponibili in pacchetti a montaggio superficiale. I componenti SMD ad alta potenza hanno solitamente una linguetta termica o un pad termico per essere montati, tramite pasta saldante, su un pattern ottimizzato per la diffusione del calore. Un dissipatore di calore a montaggio superficiale verrà quindi saldato sull'altra estremità del rame per fornire una migliore dissipazione.

Prima di scegliere un dissipatore per il tuo componente ad alta potenza, ci sono alcuni fattori da prendere in considerazione: la conduttività termica dalla giunzione al case, la resistenza del componente e il dissipatore di calore stesso. Dovrai assicurarti che la temperatura del componente non superi il suo limite di sicurezza e che il dissipatore di calore non sia così caldo da causare lesioni gravi alla cute.

È importante calcolare la temperatura totale della giunzione dividendo la potenza dissipata per la somma della resistenza termica del dispositivo, dell'area di dissipazione termica del PCB e del dissipatore stesso. La temperatura del dissipatore può anche essere ottenuta moltiplicando la resistenza termica del dissipatore per la potenza dissipata. Una progettazione corretta permetterà al dissipatore di essere molto più freddo del solo componente ad alta potenza.

Dissipatore a montaggio superficiale su sfondo bianco
Assicurati che il dissipatore possa fare il suo lavoro.

È fuorviante pensare che un dissipatore da solo possa completamente eliminare tutti i problemi di calore presenti sul dissipatore del tuo PCB. Tutto quello che lui può fare è impedire l'accumulo di calore in un unico punto. Sarà comunque fondamentale tenere i componenti sensibili al calore, come per esempio i sensori, lontani dal dissipatore. La progettazione di un corretto flusso d'aria nel case è poi fondamentale per evitare accumuli di calore.

Un dissipatore a montaggio superficiale è un ottima soluzione per dissipare correttamente il calore nei componenti ad alta potenza. Poiché i dissipatori di calore SMD sono disponibili in varie dimensioni e forme, è importante creare il giusto layout e assicurasi di avere il software di progettazione PCB appropriato per implementarlo. Se hai bisogno di uno strumento di layout PCB intuitivo e dotato di tutto il necessario per costruire circuiti stampati di alta qualità, CircuitMaker è ciò che fa per te. Non solo avrai a disposizione un software di progettazione PCB di facile utilizzo, ma in quanto utente di CircuitMaker, avrai anche accesso a uno spazio di lavoro personale sulla piattaforma Altium 365. Potrai caricare e archiviare i tuoi dati di progettazione nel cloud e visualizzare facilmente i tuoi progetti tramite il browser, all'interno di una piattaforma sicura.

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Sull'Autore

Sull'Autore

Zachariah Peterson ha una vasta esperienza tecnica nel mondo accademico e industriale. Prima di lavorare nel settore dei PCB, ha insegnato alla Portland State University. Ha condotto la sua Fisica M.S. ricerche sui sensori di gas chemisorptivi e il suo dottorato di ricerca in fisica applicata, ricerca sulla teoria e stabilità del laser casuale. Il suo background nella ricerca scientifica abbraccia temi quali laser a nanoparticelle, dispositivi semiconduttori elettronici e optoelettronici, sistemi ambientali e analisi finanziaria. Il suo lavoro è stato pubblicato in diverse riviste specializzate e atti di conferenze e ha scritto centinaia di blog tecnici sulla progettazione di PCB per numerose aziende. Zachariah lavora con altre società del settore PCB fornendo servizi di progettazione e ricerca. È membro della IEEE Photonics Society e dell'American Physical Society.

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