Qu'est-ce que les PCB en aluminium ?

Un PCB en aluminium est une carte qui possède un cœur métallique (généralement en aluminium) supportant une couche de circuit en cuivre. Cette construction permet à la carte de dissiper la chaleur bien mieux que les cartes sans cœur métallique, ce qui la rend idéale pour les systèmes d'éclairage LED, l'équipement de puissance et les applications automobiles.

Structure des PCB en aluminium

Un PCB en aluminium, ou carte de circuit imprimé à cœur métallique (MCPCB), est composé de plusieurs couches, chacune ayant son propre rôle. Voici la répartition de ces couches :

• Couche de cuivre : La couche supérieure du PCB où le circuit réel est imprimé. L'épaisseur du cuivre peut varier en fonction des besoins en courant de l'application. Elle est gravée pour former le motif du circuit qui conduira l'électricité.
• Couche diélectrique : Également connue sous le nom de couche d'isolation thermique, cette couche est cruciale pour la performance du PCB. Elle agit comme une barrière entre la couche de cuivre et la base en aluminium, fournissant une isolation électrique tout en conduisant la chaleur loin de la couche de cuivre. Le matériau utilisé ici est généralement un polymère conducteur de chaleur mais isolant électrique.
• Base en aluminium : Le cœur du PCB. La base en aluminium sert de support mécanique pour le PCB, mais son rôle principal est de disperser et de dissiper la chaleur générée par les composants actifs sur la carte. Le choix de l'aluminium peut varier en alliage et en épaisseur en fonction de la performance thermique requise.
• Membrane de base en aluminium (facultative) : Certains PCB en aluminium peuvent inclure une couche protectrice mince au bas de la base en aluminium pour protéger contre les rayures, l'humidité ou d'autres facteurs environnementaux.

Avantages des PCB en aluminium

Les PCB en aluminium offrent plusieurs avantages par rapport aux PCB traditionnels, ce qui en fait un choix populaire pour des applications spécifiques.

• Dissipation de chaleur supérieure : L'aspect principal des PCB en aluminium est qu'ils peuvent dissiper très efficacement la chaleur. L'aluminium étant un très bon conducteur de chaleur, ces PCB peuvent gérer plus de watts, ce qui rend les dispositifs plus durables et fiables.
• Durabilité et fiabilité : L'aluminium est reconnu pour sa robustesse et sa durabilité, ce qui se traduit par une plus grande stabilité physique des PCB. Cela rend les PCB en aluminium idéaux pour les applications dans des environnements difficiles.
• Rentabilité : Les PCB en aluminium sont généralement plus coûteux que les PCB en fibre de verre standard, mais ils peuvent être plus économiques à long terme en raison de leur longévité et de leur robustesse.

Types de PCB en aluminium

Les PCB en aluminium, essentiels pour gérer la chaleur dans les circuits électroniques, existent en plusieurs types pour répondre à différents besoins d'application. Voici les principaux types :

• PCB en aluminium multicouches : Ils sont constitués de plusieurs couches contenant des diélectriques conducteurs de chaleur. Les concepteurs peuvent intégrer plusieurs couches de circuits dans ces diélectriques et utiliser des vias spécialisées pour les connecter. Bien qu'efficaces à bien des égards, ils ne sont pas les meilleurs pour transférer la chaleur.
• PCB en aluminium flexibles : Ces PCB sont fabriqués avec un type d'aluminium flexible, comme l'alliage 5754, et utilisent des diélectriques flexibles et innovants composés de résine de polyimide mélangée à des charges céramiques. Cette combinaison offre une excellente isolation électrique et une conductivité thermique. La carte peut être pliée lors de l'installation mais n'est pas conçue pour être pliée continuellement.
• PCB en aluminium à trous traversants : Dans ces PCB complexes, des trous sont pré-percés dans la base en aluminium et remplis avec un matériau diélectrique pour créer un noyau. Cela permet la stratification de matériaux thermiques et d'autres couches de PCB des deux côtés de la base en aluminium. Après la stratification, un perçage supplémentaire est effectué de manière similaire aux PCB multicouches conventionnels, avec des trous qui traversent les couches d'aluminium. Ce type est le plus complexe en termes de construction.
• PCB en aluminium hybrides : Ils présentent une combinaison de matériaux non thermiques et d'aluminium. Les fabricants traitent la partie non thermique séparément puis l'attachent à une base en aluminium avec des matériaux conducteurs de chaleur. Par exemple, superposer un PCB FR-4 traditionnel sur une base en aluminium améliore à la fois la dissipation de la chaleur et la résistance structurelle de la carte.

Quelle est la conductivité thermique des PCB en aluminium ?

L'aluminium est un choix populaire pour les PCB car il présente une haute conductivité thermique, ce qui signifie qu'il peut éloigner rapidement la chaleur des composants sensibles. La conductivité thermique de l'aluminium utilisé dans les PCB peut varier de 1 W/mK à 3 W/mK en fonction du type d'aluminium et de la manière dont il est fabriqué. L'aluminium pur a une conductivité thermique d'environ 235 W/mK, ce qui est bien supérieur aux alliages utilisés dans les PCB.

Quelle est l'épaisseur des PCB en aluminium ?

Les PCB en aluminium peuvent être fabriqués avec différentes épaisseurs, en fonction de l'application. Le substrat en aluminium lui-même peut varier de 0,8 mm à 3,0 mm. Toutefois, des options pour des substrats plus minces, jusqu'à 0,5 mm, et plus épais, jusqu'à 5 mm, sont également disponibles. L'épaisseur totale du PCB, incluant la base en aluminium, la couche diélectrique et la feuille de cuivre, est ajustée en fonction des exigences thermiques et mécaniques de l'application. Cette flexibilité en termes d'épaisseur permet une meilleure durabilité et dissipation de la chaleur.

Quelles sont les applications des PCB en aluminium ?

Les PCB en aluminium sont particulièrement appréciés dans les applications où la dissipation de la chaleur est cruciale. Voici quelques-unes des principales zones d'application :

• Éclairage LED : Les PCB en aluminium sont largement utilisés dans les applications LED car ils réduisent la chaleur générée par les LED, prolongeant ainsi la durée de vie des lumières.
• Alimentations électriques : La capacité des PCB en aluminium à supporter des températures plus élevées les rend idéales pour une utilisation dans les alimentations électriques, où la génération de chaleur est significative.
• Systèmes automobiles : Les PCB en aluminium sont utilisés dans les commandes électroniques automobiles, telles que dans les unités de contrôle des moteurs, en raison de leur capacité à résister à des températures élevées et à fournir des performances fiables dans des conditions difficiles.
• Électronique grand public : Des dispositifs tels que les amplificateurs de puissance et les équipements audio bénéficient des propriétés efficaces de dissipation de la chaleur des PCB en aluminium.
• Matériel informatique : Les PCB en aluminium sont utilisés dans des dispositifs à haute performance tels que les cartes CPU et les dispositifs d'alimentation, aidant à la dissipation de la chaleur et améliorant la performance et la longévité.
• Télécommunications : Ils sont utilisés dans l'équipement électronique de communication, y compris les amplificateurs haute fréquence et les appareils de filtration, où la stabilité thermique est nécessaire.