Come trasformare il PCB in un vero dissipatore di calore

Nelle applicazioni di potenza la gestione termica è spesso il punto debole del progetto elettronico. Il PCB viene ancora troppo frequentemente considerato un semplice “supporto” per i componenti, mentre la sua struttura – stack-up, materiali e spessori – può fare la differenza tra un circuito affidabile e uno soggetto a guasti prematuri. 

Una cattiva asportazione del calore porta infatti a riduzione della vita utile, deriva dei parametri elettrici e aumento del tasso di failure sul campo. Per questo Tecnometal ha sviluppato una famiglia di PCB con dissipatore integrato che trasformano il circuito stampato in un elemento attivo di smaltimento termico. 

IAR‑PCB di Tecnometal: il dissipatore integrato nel circuito

Fonte  : https://www.isola-group.com

La tecnologia IAR‑PCB (Integrated Air‑Cooled Radiator PCB) è un MCPCB monofaccia con base metallica ad alta conducibilità termica. La struttura è composta da: 

• Base metallica in alluminio o rame, con spessore configurabile

• Strato dielettrico ad alta conducibilità termica fra base e rame circuito

• Rame circuito sulla parte superiore, con solder mask e finiture standard di assemblaggio SMT/THT

Questa architettura consente di integrare il dissipatore direttamente nel PCB, riducendo le resistenze termiche tra componente di potenza e ambiente. In funzione dei materiali utilizzati, la conducibilità termica tipica può variare da 1 fino a 15 W/mK per la sola base metallica, con ulteriori ottimizzazioni tramite stack-up dedicati. 

Sei livelli di prestazione termica

Per guidare progettisti e buyer, Tecnometal ha introdotto una classificazione interna dei PCB in sei livelli termici (T0–T5), basata sulla resistenza termica del circuito in condizioni di prova definite. 

• T0–T1: dissipazione base con substrati a singolo strato, conducibilità nell’ordine di 1–3 W/mK

• T2–T3: soluzioni ad alta conducibilità termica per applicazioni di potenza intermedie, fino a circa 18 W/mK

• T4–T5: massime prestazioni con substrati avanzati, che possono superare i 350 W/mK in applicazioni estreme

Questa tassonomia permette di scegliere in modo più consapevole il livello di gestione termica necessario, collegando requisiti di progetto, costi e affidabilità nel tempo.^[1]

Vantaggi per il progettista e per l’OEM

Rispetto a un PCB standard abbinato a dissipatori esterni, gli IAR‑PCB offrono diversi benefici chiave. 

• Riduzione della temperatura di esercizio dei componenti di potenza

• Maggiore margine termico per ambienti severi (automotive, industriale, aerospaziale)

• Possibile downsizing dei dissipatori esterni e dei volumi meccanici

• Minore stress termico interno, con riduzione di fenomeni di corrosione e ossidazione

• Migliore stabilità dei parametri elettrici e riduzione dei guasti precoci

In pratica, parte del dimensionamento del dissipatore viene trasferito sul PCB, con un impatto positivo sia su costi complessivi di sistema sia su robustezza del prodotto finale. 

Le applicazioni dei PCB ad alta dissipazione

Le applicazioni target coprono tutti i settori in cui densità di potenza e compattezza sono prioritarie

Automotive: inverter, DC/DC, driver motore, centraline di potenza

Elettrodomestici: inverter per compressori, controlli di potenza

Illuminazione: driver e moduli LED ad alta densità

Automazione industriale: azionamenti, alimentatori, stadi IGBT/MOSFET

Energia: inverter solari, sistemi eolici, MPPT e storage

Medicale: alimentatori medicali e dispositivi di imaging

Per il mondo automotive esistono inoltre varianti specifiche (rame pedestal, copper inlay, AIN inlay, alluminio ad alta T.C.) con conducibilità fino ad anche 380 W/mK per le applicazioni più spinte, come l’illuminazione automotive e gli IGBT/IPM. 

Supporto Tecnometal dalla scelta del materiale allo stack‑up termico

La sola disponibilità di materiali ad alta conducibilità non basta: la vera differenza si gioca nella definizione dello stack‑up termico e nella co‑progettazione con il cliente. 

Tecnometal supporta progettisti ed uffici tecnici nella selezione della migliore soluzione fino all’ottimizzazione degli spessori e del layout, in funzione della potenza da dissipare e delle condizioni ambientali attese. 

Per valutare se un IAR‑PCB può essere la soluzione giusta per il tuo prossimo progetto di potenza, è possibile contattare Tecnometal tramite i riferimenti presenti sul sito www.tecnometal.net. 

TECNOMETAL srl Staff tecnico

Guglielmo Martinelli