Ruotsalainen Evertiq järjesti eilen Helsingissä tuotantotekniikkaan keskittyvän näyttelytapahtuman. Sen yhteydessä pidetyssä seminaarissa käsiteltiin esimerkiksi piirilevyjen lämmönhallintaa. Aspocompin myyntijohtaja Markku Lämsän mukaan kyse on edelleen isosta haasteesta.
Lämpö on tunnetusti elektroniikan komponenttien iso vihollinen. Kun piirilevyihin lisätään kerroksia ja komponentit ladotaan yhä tiiviimpään, jäähdytyksen merkitys kasvaa entisestään. Erityiseti tämä pätee korkeatehoisiin transistoreihin ja vaikkapa RF-tehovahvistimiin, jotka voivat käyttää paikallisesti jopa sadan watin tehoja.
- Lämmönhallinnan tavoite on johtaa hukkalämpö piirilevyn läpi mahdollisimman tehokkaasti, Lämsä muistutti.
Lämmönhallintaan on olemassa erilaisia materiaaleja – joilla on erilaiset lämpöresistanssit – ja tekniikoita. Yksi uusimmista on ns. kolikkojen (coin) käyttö levyillä. Ne ovat kuparilaattoja, jotka istutetaan suoraan lämpöä tuottavan tehokomponentin alle. ”Kolikko” muodostaa integroidun osan piirilevyn rakennetta.
Aspocomp on käyttänyt kolikkoja noin vuodesta 2012 lähtien. Niiden etuna on hyvä lämmönjohtokyky. Huonona puolena taasen kasvavat kustannukset. – Yksi kolikko lisää piirilevyn kustannuksia joitakin euroja. Protoissa kustannukset ovat tietysti vähän suurempia, Lämsä kuvaa.
Kolikoita on eri mallisia, T- ja I-mallisia sekä urakolikkoja. Joskus kuparilaatta painetaan piirilevyyn, joskus ne liimataan johtavalla liimalla. Usein kolikko halutaan maadoittaa joko levyn pohjafolion tai maadoitusreikien kautta.
Kolikkojen asentaminen on Markku Lämsän mukaan hyvin manuaalinen prosessi, vaikka automaatiota esimerkiksi robottien avulla onkin tutkittu. Reflow-juotokseen uusi askel ei aiheuta muutoksia. Yksi haaste on se, etteivät PCB- ja simulointisoftat vielä tue kolikkojen integroimista piirilevyyn. Tältä osin työkaluvalmistajille on vielä töitä edessään.
Tyypillisimmin lämmönhallintaa tehdään edelleen jäähdytysrei´illä ja -reikäryhmillä tai -farmeilla. Niiden etuna on yksinkertaisuus: porataan reikä, peitetään 20 nanometrin kuparipinnoitteella ja täytetään epoksilla. Tämä on ätevä ratkaisu, koska tällainen ”tulpattu reikä” tarjoaa liitettävän pinnan piirilevyllä, Lämsä kehuu.
Jäähdytyspinnan tai reikäfarmin teho riippuu reikien sijoittelusta. Reikien väli pitää olla 0,3 – 0,4 milliä, mutta reikien asettelu vaikuttaa suuresti jäähdytystehoon, Lämsä esitti.
Kaikki lämpösuunnittelu lähtee joka tapauksessa liikkeelle simuloinnista. Sen jälkeen pitää valmistaa testi- tai protokappaleita, joista lämmönhallinta voidaan mitata esimerkiksi tehoparien avulla. Mittausdatan avulla suunnittelija näkee, mikä on lämpötilaero komponentin ja piirilevyn alapinnan välillä, eli miten hyvin jäähdytys toimii.
Evertiq Expo on ruotsalaisen Evertiqin näyttelykonsepti. Suomessa tapahtuma järjestettiin nyt toista kertaa. Yrityksiä oli mukana mukavasti, mutta rekisteröityneiden vieraiden määrä jäi järjestäjien mukaan alle sadan, mitä on pakko pitää pettymyksenä.
