Gestion thermique dans les circuits imprimés multicouches : garder vos cartes au frais sous charge
La gestion thermique est l’un des défis les plus critiques et les plus souvent sous-estimés dans la conception de PCB multicouches. À mesure que les systèmes électroniques deviennent plus puissants et sont conditionnés dans des boîtiers plus petits, la densité thermique des PCB continue d'augmenter. Pour les acheteurs industriels européens, comprendre les caractéristiques thermiques des PCB multicouches est essentiel pour spécifier des cartes qui fonctionneront de manière fiable sur le terrain.
La chaleur dans un PCB provient principalement de trois sources : la dissipation de puissance dans les composants actifs montés sur la surface de la carte, les pertes I au carré R dans les traces et les plans de cuivre et les pertes diélectriques dans le matériau du substrat à hautes fréquences. Dans la plupart des applications, la source dominante est constituée des composants actifs : les processeurs, les MOSFET de puissance, les pilotes de moteur et les amplificateurs de puissance RF. Le PCB doit fournir un chemin thermique pour évacuer la chaleur de ces composants et la dissiper vers l'environnement.
L'une des fonctions clés d'un PCB multicouche dans la gestion thermique est l'utilisation de plans de cuivre comme dissipateurs de chaleur. Les plans en cuivre massif - en particulier les plans de masse dans une carte multicouche - ont une conductivité thermique relativement élevée. Lorsqu'ils sont connectés aux coussinets thermiques des composants chauds via des vias thermiques, ces plans répartissent la chaleur sur une plus grande surface, réduisant ainsi la température maximale au niveau du composant. C'est ce qu'on appelle parfois l'effet de propagation thermique.
Une stratégie thermique bien conçue pour un PCB multicouche comprend des motifs de relief thermique autour des plages de composants, un poids de cuivre suffisant sur les couches planes (35 microns ou plus) et des vias thermiques positionnés directement sous les plages thermiques des composants de haute puissance.
La conductivité thermique du matériau du substrat PCB est généralement bien inférieure à celle du cuivre. La norme FR-4 a une conductivité thermique d'environ 0,3 W/mK, comparée au cuivre d'environ 400 W/mK. Cela signifie que le substrat agit comme un isolant thermique par rapport aux plans de cuivre, c'est pourquoi les vias thermiques et les plans de cuivre sont les principaux outils de gestion de la chaleur dans un PCB multicouche.
Pour les applications avec des charges thermiques très élevées, telles que les pilotes de LED haute puissance, les contrôleurs de moteur et les amplificateurs de puissance RF, des PCB à noyau métallique (MCPCB) avec des substrats en aluminium ou en cuivre sont parfois utilisés. Ceux-ci offrent une conductivité thermique beaucoup plus élevée à travers le substrat de la carte, permettant une dissipation thermique plus efficace.
Les acheteurs européens qui spécifient des PCB multicouches pour des applications thermiquement exigeantes doivent discuter de leurs exigences thermiques avec leur fournisseur de PCB avant de finaliser les spécifications. Les paramètres clés à vérifier incluent la résistance thermique nominale de la construction de la carte, la température de fonctionnement maximale et toutes les données de test thermique que le fournisseur peut fournir à partir de cartes de production présentant des conceptions thermiques similaires.
Conclusion:La sélection du bon fournisseur de PCB multicouches nécessite d'évaluer la capacité de fabrication, les certifications de qualité et la capacité de passer du prototype à la production de masse. Dongguan Xingqiang Circuit Board Technology Co., Ltd. est au service du marché mondial des PCB depuis 1995, avec deux bases de production couvrant 205 000 mètres carrés et une capacité mensuelle de 200 000 mètres carrés. Les produits sont certifiés selon les normes ISO, CE et ROHS.
