Estudo teórico e experimental da condutividade térmica efetiva de placas de circuito impresso para aplicações espaciais - Rafael Lopes Costa (2012)
Este trabalho apresenta uma metodologia baseada em testes experimentais e simulação numérica para determinação da condutividade térmica efetiva de placas de circuito impresso (PCBs) multicamadas utilizadas em equipamentos de uso aeroespacial. Testes experimentais de três tipos são realizados: regime permanente em ambiente convectivo, regime transiente em ambiente convectivo e regime transiente em vácuo. Expressões adaptadas com fatores de ajuste experimentais são propostas para o cálculo das condutividades térmicas efetivas anisotrópicas k$_{p,eff}$ e k$_{s,eff}$, assim como suas faixas de incerteza. Um total de 88 modelos numéricos de 11 PCBs são criados usando o pacote comercial SINDA/FLUINT. Estes modelos numéricos, que representam a configuração dos experimentos, são usados para identificação dos valores de condutividades térmicas efetivas em todos os casos de testes. Estudos numéricos confirmam a estabilidade dos resultados em função de parâmetros de malha e escolha de métodos numéricos em conjunto com seus critérios de convergência. Para o cálculo da condutividade térmica efetiva isotrópica k$_{eff,}$ um estudo sobre a melhor maneira de combinar k$_{p,eff}$ e k$_{s,eff}$ é realizado e uma metodologia de cálculo é proposta. Médias ponderadas propostas oferecem expressões para condutividade térmica efetiva com muito mais precisão e menor variação quando comparadas com as médias canônicas simples. São levantadas e avaliadas quantitativamente as incertezas intrínsecas de valores de condutividades efetivas devido à irregularidade na distribuição das trilhas nas camadas condutivas de PCBs. Um teste separado de imageamento infravermelho é realizado para confirmar esta incerteza. Por fim, um guia prático para projetistas térmicos de equipamentos eletrônicos para utilização da metodologia desenvolvida neste trabalho é criado com recomendações e tratamento das incertezas envolvidas.