Comment dissiper la chaleur des cartes de circuit imprimé ?

Quelles sont les méthodes de dissipation de chaleur pour les PCB ?

Pour les appareils électroniques, une certaine quantité de chaleur sera générée lors du fonctionnement, ce qui entraînera une augmentation rapide de la température interne de l'appareil. Si la chaleur n'est pas dissipée à temps, l'appareil continuera à chauffer, l'appareil ne fonctionnera pas en raison de la surchauffe et la fiabilité des équipements électroniques diminuera.

Par conséquent, il est très important de réaliser un bon traitement de dissipation de chaleur sur le circuit imprimé. La dissipation de chaleur des cartes de circuit imprimé est un maillon très important.

Alors, quels sont les techniques de dissipation de chaleur des cartes de circuit imprimé ? Discutons-en ensemble ci-dessous.

La dissipation de chaleur à travers la carte de circuit imprimé elle-même. Les matériaux de carte de circuit imprimé couramment utilisés sont des substrats en verre époxy revêtus de cuivre ou des substrats en résine phénolique revêtus de cuivre, et il y a également un petit nombre de cartes en cuivre recouvert de papier.

Bien que ces substrats aient d'excellentes propriétés électriques et des propriétés de traitement, ils ont une mauvaise dissipation de chaleur. En tant que chemin de dissipation de chaleur pour les composants à haute chaleur, il est presque impossible d'attendre que la résine du PCB elle-même conduit la chaleur, mais pour dissiper la chaleur de la surface du composant à l'air environnant.

Cependant, puisque les produits électroniques sont entrés dans l'ère de la miniaturisation, de l'installation à haute densité et de l'assemblage à haute chaleur, il n'est pas suffisant de compter uniquement sur la surface des composants avec des surfaces très petites pour dissiper la chaleur.

Dans le même temps, en raison de l'utilisation à grande échelle de composants montés en surface tels que QFP et BGA, la chaleur générée par les composants est transférée en grande quantité à la carte de circuit imprimé. Par conséquent, la meilleure façon de résoudre le problème de dissipation de chaleur est d'améliorer la capacité de dissipation de chaleur de la carte de circuit imprimé elle-même qui est en contact direct avec le composant générant de la chaleur, et de la conduire ou de la dissiper à travers la carte de circuit imprimé.

Ajoutez du cuivre de dissipation de chaleur et utilisez une grande surface de cuivre de masse et de puissance

Vias thermiques

Le cuivre est exposé sur le dos du circuit intégré pour réduire la résistance thermique entre le cuivre et l'air

Quelles sont les techniques de disposition de la dissipation de chaleur ?

1. Les appareils sensibles à la chaleur sont placés dans la zone d'air froid.

2. Les appareils de détection de température sont placés dans la position la plus chaude.

3. Les appareils sur la même carte de circuit imprimé doivent être disposés selon leur génération de chaleur et leur dissipation de chaleur autant que possible. Les appareils avec une faible génération de chaleur ou une mauvaise résistance à la chaleur (tels que les petits transistors à signal, les circuits intégrés à petite échelle, les condensateurs électrolytiques, etc.) sont placés à l'endroit le plus élevé (à l'entrée) du flux d'air de refroidissement, et les appareils avec une forte génération de chaleur ou une bonne résistance à la chaleur (tels que les transistors de puissance, les circuits intégrés à grande échelle, etc.) sont placés en aval du flux d'air de refroidissement.

4. Dans le sens horizontal, les appareils à haute puissance doivent être disposés aussi près que possible du bord de la carte de circuit imprimé pour raccourcir le chemin de transfert de chaleur ; dans le sens vertical, les appareils à haute puissance doivent être disposés aussi près que possible du haut de la carte de circuit imprimé pour réduire l'impact de ces appareils sur la température des autres appareils lorsqu'ils fonctionnent.

5. La dissipation de chaleur de la carte de circuit imprimé dans l'équipement dépend principalement du flux d'air, donc lors de la conception, le chemin du flux d'air doit être étudié et les appareils ou les cartes de circuit imprimé doivent être configurés de manière raisonnable. Lorsque l'air s'écoule, il tend toujours à s'écouler vers les endroits à faible résistance, donc lors de la configuration des appareils sur la carte de circuit imprimé, évitez de laisser un grand espace aérien dans une certaine zone. Le même problème doit également être noté lors de la configuration de plusieurs cartes de circuit imprimé dans la machine entière.

6. Les appareils sensibles à la température sont mieux placés dans la zone avec la température la plus basse (comme le bas de l'appareil). Ne les placez jamais directement au-dessus de l'appareil de chauffage. Plusieurs appareils sont mieux disposés de manière décalée sur le plan horizontal.

7. Placez les appareils avec la plus forte consommation de puissance et la plus forte génération de chaleur près de la meilleure position de dissipation de chaleur. N'installez pas les appareils avec une forte génération de chaleur aux coins et aux bords de la carte de circuit imprimé, à moins qu'il n'y ait un appareil de dissipation de chaleur à proximité. Lors de la conception des résistances de puissance, choisissez des appareils plus grands autant que possible, et assurez-vous qu'il y a suffisamment d'espace de dissipation de chaleur lors de l'ajustement de la disposition de la carte de circuit imprimé.

8. Recommandations d'espacement des composants :

Conseils pour prévenir les composants à forte chaleur

Lorsqu'il y a quelques appareils sur la carte de circuit imprimé qui génèrent beaucoup de chaleur (moins de 3), vous pouvez ajouter un dissipateur de chaleur ou un tube de chaleur à l'appareil générant de la chaleur. Lorsque la température ne peut pas être abaissée, vous pouvez utiliser un dissipateur de chaleur avec un ventilateur pour améliorer l'effet de dissipation de chaleur.

Lorsqu'il y a un grand nombre d'appareils générant de la chaleur (plus de 3), vous pouvez utiliser un grand couvercle de dissipation de chaleur (plaquette), qui est un dissipateur de chaleur spécial personnalisé selon la position et la hauteur de l'appareil générant de la chaleur sur la carte de circuit imprimé, ou un grand dissipateur de chaleur plat avec des composants de différentes hauteurs découpés.

Le couvercle de dissipation de chaleur est fixé sur la surface du composant dans son ensemble et entre en contact avec chaque composant pour dissiper la chaleur. Cependant, en raison de la mauvaise cohérence de hauteur des composants lors du soudage, l'effet de dissipation de chaleur n'est pas bon. Habituellement, un matériau thermique de changement de phase doux est ajouté sur la surface du composant pour améliorer l'effet de dissipation de chaleur.

Comment dissiper efficacement la chaleur des cartes de circuit imprimé ?

1. Pour les équipements qui utilisent le refroidissement par convection libre, il est préférable de disposer les circuits intégrés (ou d'autres appareils) de manière longitudinale ou transversale.

2. Utilisez une conception de routage raisonnable pour réaliser la dissipation de chaleur. Puisque la résine dans la carte a une mauvaise conductivité thermique, et que les lignes de cuivre et les trous sont de bons conducteurs de chaleur, l'augmentation du taux de surplus de cuivre et l'augmentation des trous conducteurs de chaleur sont les principaux moyens de dissipation de chaleur.
   Pour évaluer la capacité de dissipation de chaleur de la carte de circuit imprimé, il est nécessaire de calculer la conductivité thermique équivalente (9eq) du substrat isolant pour la carte de circuit imprimé, un matériau composite composé de divers matériaux ayant des conductivités thermiques différentes.

3. Les appareils sur la même carte de circuit imprimé doivent être disposés selon leur génération de chaleur et leur degré de dissipation de chaleur autant que possible. Les appareils avec une faible génération de chaleur ou une mauvaise résistance à la chaleur (tels que les petits transistors à signal, les circuits intégrés à petite échelle, les condensateurs électrolytiques, etc.) sont placés à l'endroit le plus élevé (à l'entrée) du flux d'air de refroidissement, et les appareils avec une forte génération de chaleur ou une bonne résistance à la chaleur (tels que les transistors de puissance, les circuits intégrés à grande échelle, etc.) sont placés en aval du flux d'air de refroidissement.

4. Dans le sens horizontal, les appareils à haute puissance doivent être disposés aussi près que possible du bord de la carte de circuit imprimé pour raccourcir le chemin de transfert de chaleur ; dans le sens vertical, les appareils à haute puissance doivent être disposés aussi près que possible du haut de la carte de circuit imprimé pour réduire l'impact de ces appareils sur la température des autres appareils lorsqu'ils fonctionnent.

5. La dissipation de chaleur de la carte de circuit imprimé dans l'équipement dépend principalement du flux d'air, donc lors de la conception, le chemin du flux d'air doit être étudié et les appareils ou les cartes de circuit imprimé doivent être configurés de manière raisonnable.
   Lorsque l'air s'écoule, il tend toujours à s'écouler vers les endroits à faible résistance, donc lors de la configuration des appareils sur la carte de circuit imprimé, évitez de laisser un grand espace aérien dans une certaine zone. Le même problème doit également être noté lors de la configuration de plusieurs cartes de circuit imprimé dans la machine entière.

6. Les appareils sensibles à la température sont mieux placés dans la zone avec la température la plus basse (comme le bas de l'appareil), et ne les placez jamais directement au-dessus de l'appareil de chauffage. Plusieurs appareils sont mieux disposés de manière décalée sur le plan horizontal.

7. Disposez les appareils avec la plus forte consommation de puissance et la plus forte génération de chaleur près de la meilleure position de dissipation de chaleur. N'installez pas les appareils avec une forte génération de chaleur aux coins et aux bords de la carte de circuit imprimé, à moins qu'il n'y ait un appareil de dissipation de chaleur à proximité.
   Lors de la conception des résistances de puissance, choisissez des appareils plus grands autant que possible, et ajustez la disposition de la carte de circuit imprimé pour permettre un espace de dissipation de chaleur suffisant.

8. Évitez la concentration de points chauds sur la carte de circuit imprimé, distribuez la puissance de manière uniforme sur la carte de circuit imprimé autant que possible, et maintenez les performances de température de surface de la carte de circuit imprimé uniformes et cohérentes.
   Il est souvent difficile d'obtenir une répartition uniforme stricte lors du processus de conception, mais il est important d'éviter les zones avec une densité de puissance trop élevée pour empêcher la surchauffe d'affecter le fonctionnement normal de l'ensemble du circuit.

Conclusion

Les méthodes de dissipation de chaleur de la carte de circuit imprimé efficaces incluent les vias thermiques, le recouvrement de cuivre, la disposition stratégique des composants pour l'optimisation du flux d'air, les dissipateurs de chaleur, les pads de cuivre exposés, les matériaux de changement de phase, l'espacement approprié et la distribution des composants à haute puissance près des bords pour empêcher les points chauds et améliorer la gestion thermique.

[^1] : Comprendre les méthodes de dissipation de chaleur efficaces est crucial pour maintenir la fiabilité et les performances des appareils. Explorez ce lien pour des techniques en profondeur.
[^2] : Apprenez-en davantage sur les propriétés et les avantages des substrats recouverts de cuivre dans la conception de la carte de circuit imprimé pour optimiser la gestion de la chaleur dans les appareils électroniques.
[^3] : Comprendre le cuivre de dissipation de chaleur peut améliorer votre conception de carte de circuit imprimé pour une meilleure gestion thermique et des performances.
[^4] : Explorer la résistance thermique vous aidera à comprendre son impact sur l'efficacité et la durée de vie des composants dans les conceptions électroniques.
[^5] : Apprendre à concevoir le chemin du flux d'air peut améliorer considérablement l'efficacité de refroidissement de vos appareils électroniques, garantissant ainsi des performances optimales.
[^6] : Découvrez comment optimiser la disposition des composants peut améliorer le flux d'air et les performances thermiques des cartes de circuit imprimé.