Si vous produisez une variété de PCB (cartes de circuits imprimés), la capacité de la carte à dissiper la chaleur est essentielle. Une dissipation efficace de la chaleur empêche les circuits imprimés de surchauffer et de provoquer des problèmes de performance ou des défaillances catastrophiques. Le choix d'un circuit imprimé doté de composants thermiques appropriés permet d'éviter la surchauffe et de garantir des performances fiables. Le choix d'une carte de circuits imprimés dotée de composants thermiques adéquats permet d'éviter la surchauffe et d'assurer des performances fiables.
Table des matières
Facteurs affectant la dissipation thermique des circuits imprimés
Pendant le fonctionnement des composants électroniques, le flux de courant entraîne une augmentation de la charge thermique, et bien que le circuit imprimé puisse supporter un certain degré de chaleur, des températures excessives peuvent causer de graves problèmes. Les facteurs qui influencent le degré de chaleur généré par les composants électroniques comprennent la disposition du circuit, la puissance absorbée et les caractéristiques de l'appareil. Une mauvaise installation des composants, des facteurs environnementaux externes, une ventilation inadéquate et des méthodes d'assemblage incorrectes sont autant de causes courantes de surchauffe des circuits imprimés. Par exemple, des températures élevées peuvent entraîner des ruptures de circuits, l'oxydation des composants, une intégrité structurelle compromise et des coefficients de dilatation des matériaux inadaptés.
Techniques de dissipation de la chaleur dans l'industrie des circuits imprimés
Compte tenu des effets néfastes des températures élevées, il est nécessaire de veiller à ce que les PCB puissent dissiper la chaleur.Les méthodes suivantes peuvent contribuer efficacement à la dissipation de la chaleur des PCB :
- Ventilateurs de refroidissement et dissipateurs de chaleur
Un dissipateur thermique est un composant métallique doté d'une conductivité thermique élevée et d'une grande surface, couramment utilisé par les concepteurs de circuits imprimés pour améliorer la dissipation de la chaleur. Les dissipateurs sont généralement montés sur des composants générateurs de chaleur (tels que les dispositifs de commutation) afin que la chaleur soit dissipée par la grande surface du dissipateur.
Outre l'installation de dissipateurs thermiques dans les circuits imprimés et autres composants de l'appareil, il est également possible d'utiliser des ventilateurs de refroidissement.Les ventilateurs peuvent introduire de l'air frais pour accélérer l'évacuation de la chaleur et empêcher l'accumulation de chaleur. Souvent, les dispositifs d'alimentation à courant élevé utilisent des ventilateurs de refroidissement pour améliorer l'efficacité de la dissipation de la chaleur. - Fils de cuivre plus épais
Dans les applications à courant élevé, il est recommandé d'utiliser des fils ou des pistes en cuivre plus épais. Les conducteurs en cuivre plus larges offrent une plus grande surface, ce qui favorise la diffusion de la chaleur et améliore l'efficacité thermique. - Utilisation de caloducs
Les caloducs constituent une solution efficace de dissipation de la chaleur dans les applications compactes où l'espace est limité. Les caloducs utilisent généralement une petite quantité d'un liquide tel que l'acétone, l'eau, l'ammoniac ou l'azote pour absorber la chaleur. Le liquide absorbe la chaleur, s'évapore et s'écoule dans le tube, puis se refroidit et se condense à nouveau sous forme liquide dans un condenseur, créant ainsi un cycle de dissipation de la chaleur.
Les caloducs sont largement utilisés dans les systèmes de dissipation thermique passive en raison de leur capacité supérieure de transfert de chaleur, de leur faible coût et de leurs exigences réduites en matière de maintenance.En outre, les caloducs ne comportent pas de pièces mobiles et ne génèrent pas de bruit ni de vibrations. - Choisir le bon matériau pour les panneaux
L'utilisation de matériaux de circuits imprimés adaptés à la dissipation de la chaleur est un autre moyen d'améliorer la dissipation de la chaleur. Certains matériaux pour circuits imprimés ne peuvent pas résister efficacement à des températures élevées. Dans les environnements à haute température, il convient donc de choisir des matériaux dotés d'excellentes propriétés de dissipation de la chaleur, comme un substrat en polyimide (Polyimide). - Solutions de gestion thermique
-PCB flexible (Flex PCB) Grâce à la finesse et à la bonne flexibilité du matériau, le rapport surface/volume est plus important, ce qui permet une dissipation plus efficace de la chaleur.
-Le PCB en aluminium (Aluminum PCB) est un PCB à noyau métallique doté d'une couche diélectrique qui absorbe la chaleur et la conduit vers la couche d'aluminium, où elle est dissipée. Les circuits imprimés en aluminium conviennent aux appareils de grande puissance.
-Les circuits imprimés en cuivre ont la meilleure conductivité thermique et conviennent aux tâches à haute énergie.
-PCB en céramique (Ceramic PCB) Fabriqué à partir de matériaux tels que l'alumine ou le nitrure d'aluminium, il présente une conductivité thermique élevée, un faible coefficient de dilatation thermique et une excellente résistance à la corrosion, et convient aux applications à haute température et à haute fréquence. - Utilisation de réseaux de surchauffe thermique
Les réseaux de vias thermiques réduisent la résistance thermique et améliorent la conductivité thermique en augmentant la surface et la masse de cuivre. Pour les composants qui génèrent beaucoup de chaleur, des vias thermiques peuvent être disposés près d'eux afin d'améliorer l'effet de dissipation de la chaleur.
Les réseaux de vias thermiques sont une alternative viable si l'on souhaite minimiser le nombre de dissipateurs thermiques supplémentaires sur le circuit imprimé.Dans certaines applications, les vias thermiques peuvent également être utilisés en conjonction avec les pads pour permettre un transfert rapide de la chaleur du composant vers le dissipateur thermique. - Utilisation de la technologie des pièces de cuivre
Les pièces de cuivre sont de petits morceaux de cuivre intégrés dans le circuit imprimé, généralement placés sous les composants à haute température pour tirer parti de la conductivité thermique élevée du cuivre et permettre un transfert rapide de la chaleur vers le dissipateur thermique.
La technologie des pièces de cuivre est particulièrement adaptée aux cartes ne comportant qu'un petit nombre de composants générant beaucoup de chaleur. Les pièces de cuivre sont disponibles dans une variété de formes, telles que le type T, le type C et le type I, afin de répondre aux besoins de dissipation thermique des différentes zones. - Optimiser l'agencement des circuits imprimés
Lors de la conception des circuits imprimés, les moyens suivants peuvent être utilisés pour optimiser la dissipation de la chaleur :
-Placer les composants sensibles à la température dans des endroits plus frais, comme le bas de l'appareil.
-Éviter la surconcentration des composants générant beaucoup de chaleur, mais les répartir de manière échelonnée pour améliorer la ventilation.
-Ajout de canaux de refroidissement ou d'ouvertures autour des éléments générant beaucoup de chaleur afin d'améliorer la circulation de l'air.
-Placer des capteurs de température dans les zones générant beaucoup de chaleur afin de surveiller les changements de température en temps réel. - Méthodes de refroidissement intégrées
Les méthodes de refroidissement intégrées peuvent offrir une conductivité thermique plus élevée que les dissipateurs thermiques et les ventilateurs traditionnels. Par exemple, la conception de canaux dédiés sur le circuit imprimé permet au liquide de refroidissement de s'écouler par le bas des composants à forte chaleur tels que les processeurs et les puces BGA afin de dissiper la chaleur plus efficacement.
En outre, les méthodes de refroidissement interne, où les échangeurs de chaleur sont intégrés directement dans le circuit imprimé, peuvent être utilisées pour minimiser la dépendance vis-à-vis des composants thermiques externes et simplifier le processus d'assemblage. - Conception des vias thermiques des circuits imprimés
Les vias en cuivre sont capables de conduire la chaleur de la surface du circuit imprimé vers les couches sous-jacentes et constituent un moyen efficace de dissiper la chaleur. Pour les cartes dont l'espace est limité, telles que les cartes à circuits imprimés comportant des capteurs ou des indicateurs intégrés, les vias thermiques peuvent être utilisés pour conduire la chaleur jusqu'à une unité de dissipation thermique, telle qu'un dissipateur thermique ou un caloduc. - Augmentation de l'épaisseur du cuivre et de la largeur du fil
La largeur et l'épaisseur des patins et des fils de soudure en cuivre sont essentielles dans la conception thermique des circuits imprimés. Des conducteurs en cuivre plus épais diminuent la résistance, réduisent la perte de puissance et minimisent l'accumulation de chaleur due à des densités de courant élevées. Il est donc recommandé de sélectionner des conducteurs suffisamment épais pour améliorer la dissipation de la chaleur. - Réduire l'impact de la chaleur sur les PCB
Pour minimiser l'impact de la chaleur, les stratégies suivantes peuvent être utilisées :
-Placer les composants générateurs de chaleur séparément des composants sensibles à la température afin d'éviter que les températures élevées n'affectent les composants sensibles.
-Lors du montage vertical de la carte de circuit imprimé, placez les composants générant beaucoup de chaleur en haut pour permettre à la chaleur de se dissiper naturellement.
-Disposer les composants générateurs de chaleur sur le bord du circuit imprimé afin de minimiser l'effet du rayonnement thermique sur les composants internes. - Utilisation de la pompe à chaleur à effet Peltier/refroidisseur thermoélectrique (TEC)
Pour les applications nécessitant un contrôle précis de la température, telles que les caméras CCD, les microprocesseurs, les diodes laser et les équipements de vision nocturne, un refroidisseur thermoélectrique (TEC) est une solution de dissipation thermique très efficace. Les TEC peuvent fournir une réponse de température plus rapide que les méthodes de refroidissement traditionnelles et peuvent être utilisés en conjonction avec des méthodes de refroidissement par air ou par liquide pour améliorer les capacités de dissipation thermique.
Conclusion
L'utilisation de techniques appropriées de dissipation de la chaleur peut contribuer à améliorer la fiabilité des circuits imprimés, à prolonger leur durée de vie et à réduire le risque de défaillance. Qu'il s'agisse de l'utilisation de dissipateurs de chaleur, de caloducs, de vias thermiques, de pièces de cuivre ou de l'optimisation de la disposition des circuits imprimés et de la sélection des matériaux, une conception thermique appropriée est essentielle pour garantir la stabilité et le fonctionnement efficace des circuits imprimés.
Implantation du circuit imprimé Conception thermique
Résumé des points clés pour réduire la résistance thermique
Surface de la feuille de cuivre
Plus la surface de la feuille de cuivre est importante, plus la résistance thermique est faible.
Choisir une taille appropriée pour la surface de la feuille de cuivre. Si la surface de la feuille de cuivre est plus étendue que nécessaire, l'efficacité de la conduction thermique diminue à mesure que la distance par rapport à la source de chaleur augmente, et l'effet obtenu peut ne pas être proportionnel à la surface.
Dans les cartes multicouches, la résistance thermique peut être réduite efficacement en augmentant de préférence la surface de la feuille de cuivre des couches les plus proches de la source de chaleur.
Epaisseur du panneau
Dans les cartes à une couche, la conduction thermique horizontale étant prioritaire, l'augmentation de l'épaisseur de la carte réduit la résistance thermique.
Dans les cartes multicouches, la conduction thermique horizontale est prioritaire si la surface de la feuille de cuivre pour la dissipation de la chaleur est petite. Par conséquent, l’augmentation de l’épaisseur d’une carte réduit la résistance thermique. Si la surface de la feuille de cuivre est importante, étant donné que la conduction thermique verticale est prioritaire, la diminution de l’épaisseur de la carte réduit la résistance thermique.
Nombre de couches
La résistance thermique tend à diminuer lorsque le nombre de couches augmente.Toutefois, dans les cartes multicouches, la résistance thermique peut être efficacement réduite en plaçant une plus grande surface de feuille de cuivre pour la dissipation de la chaleur sur la même couche ! Comme la source de chaleur ou la couche adjacente.
épaisseur de la feuille de cuivre
Plus la feuille de cuivre est épaisse, plus l'effet de résistance thermique est important, d'autant plus que la surface de la feuille de cuivre est grande.
Thermique via
Plus le nombre de vias est élevé, plus la résistance thermique est faible. Cependant, comme l'effet est réduit si les vias sont éloignés de la source de chaleur, placez les vias près de la source de chaleur.
Plus le diamètre du canal est grand, plus la résistance thermique est faible.
Toutefois, il faut faire attention lors de la mise en place des vias, car la soudure risque davantage d'être aspirée dans les vias au cours du processus d'écoulement si le diamètre des vias est égal ou supérieur à 0,3 mm.
Position de la source de chaleur
Comme il y a beaucoup de pièces, il est difficile de fixer une grande surface de feuille de cuivre pour une seule source de chaleur. Toutefois, la source de chaleur est placée intentionnellement au centre afin que la zone de feuille de cuivre puisse être fixée uniformément autour de 360.
Sources de chaleur voisines
Si plusieurs sources de chaleur sont placées à proximité l'une de l'autre, le phénomène d'interférence thermique lorsque toutes les sources de chaleur fonctionnent simultanément doit être pris en compte lors de la conception.
Sources de chaleur distribuées
La répartition des sources de chaleur (perte de puissance) est une mesure efficace pour diminuer la température de chaque appareil.
Prise en compte des composants passifs vulnérables aux températures élevées
*Une mise en page axée uniquement sur les caractéristiques électriques peut entraîner un problème thermique.
*Il est nécessaire de tenir compte de la position des dispositifs qui agissent comme des sources de chaleur et des dispositifs vulnérables aux températures élevées.
Si un dispositif qui agit comme une source de chaleur est placé à proximité d'un dispositif vulnérable aux températures élevées, la largeur du câblage doit être réduite au minimum nécessaire pour empêcher la conduction thermique à travers le câblage en cuivre à faible résistance thermique.
Augmentation de la température des fils de cuivre
Pour un conducteur (câblage en cuivre) traversé par un courant important, il est nécessaire de déterminer la largeur et l'épaisseur minimales en fonction de la capacité de courant requise et de la tolérance maximale à une augmentation de la température du conducteur. Toute négligence à cet égard peut entraîner une augmentation de la température, une détérioration de la carte de circuits imprimés ou une augmentation de la température ambiante.
FR 
EN 
PT 
AR 
DE 
ES