Dissipateur de chaleur PCB

Circuit de dissipateur de chaleur

La conception de PCB est un processus compliqué nécessitant une attention particulière à une série de problèmes potentiels. Les concepteurs doivent analyser chaque caractéristique d'une carte pour garantir une fonctionnalité optimale, des contraintes physiques aux interactions électriques entre les composants en passant par la perte de signal. L'une de ces fonctionnalités est la gestion thermique, qui est essentielle pour assurer la longévité et la fonctionnalité d'un PCB.

Il existe de nombreuses façons d'obtenir une gestion thermique optimale et d'éliminer l'excès de chaleur d'un PCB, y compris la sélection de méthodes de refroidissement appropriées. L'une de ces méthodes consiste à fixer un dissipateur de chaleur. Cet article explique ce que sont les dissipateurs thermiques, leurs avantages et défis uniques et comment sélectionner des dissipateurs thermiques pour les PCB.

Qu'est-ce qu'un dissipateur de chaleur dans un circuit imprimé ?

Un dissipateur thermique est une pièce de grande surface constituée de métal thermoconducteur. Ce dissipateur thermique est généralement fixé aux composants de la carte de circuit imprimé, y compris les transistors de puissance et les dispositifs de commutation. Le but de cette pièce est d'absorber et de dissiper la chaleur.

Les dissipateurs thermiques pour PCB fonctionnent selon le principe de la conduction. Dans ce principe, la chaleur est transférée des zones à haute résistance thermique vers les zones à faible résistance thermique, et des zones à forte chaleur vers les zones à faible chaleur. Étant donné que les dissipateurs thermiques sont en aluminium ou en cuivre, qui ont tous deux une excellente conductivité thermique et une faible résistance thermique, la chaleur se déplacera naturellement des composants PCB vers le dissipateur thermique.

Le processus fonctionne comme suit :

• Un composant PCB génère de la chaleur, qui se déplace naturellement du composant vers le dissipateur thermique via le principe de conduction.
• À partir de là, la chaleur est dissipée sur la grande surface du dissipateur thermique.
• La chaleur est transférée vers la zone environnante sur toute la surface du dissipateur thermique. De nombreux dissipateurs thermiques sont dotés d'ailettes (éléments rectangulaires en forme de broches qui dépassent perpendiculairement à la surface du circuit imprimé) qui aident à maximiser la surface et à transférer la chaleur du dissipateur thermique vers l'air ambiant.

Applications de dissipateur de chaleur

Étant donné que les dissipateurs thermiques sont une nécessité pour les applications PCB qui gèrent de grandes quantités d'énergie, ils peuvent générer plus de chaleur que le PCB moyen. Les concepteurs choisiront d'utiliser un dissipateur thermique s'ils découvrent qu'un prototype de PCB présente un profil thermique avec des points chauds et des zones à haute température. Cependant, la nécessité d'un dissipateur thermique sur les conceptions de PCB peut être déterminée au début du processus de conception par les types de composants trouvés sur le PCB, notamment :

• Processeurs : Les PCB qui incluent des processeurs, tels que les CPU, les GPU et les MPU, nécessitent souvent des dissipateurs de chaleur pour aider à la gestion thermique et aider à maintenir une longévité sans erreur.
• Composants de puissance : Les PCB avec des composants de puissance ont tendance à avoir des besoins de gestion thermique plus importants. Parmi les exemples de composants entrant dans cette catégorie figurent les amplificateurs de puissance, les régulateurs de puissance, les circuits intégrés d'alimentation et les blocs d'alimentation.
• Densité des composants : Un PCB peut également nécessiter un dissipateur thermique pour la gestion thermique s'il a une densité de composants élevée, car cela peut entraîner une production de chaleur plus importante qu'un PCB moyen.

Des industries spécifiques peuvent également avoir tendance à utiliser des dissipateurs de chaleur plus souvent que d'autres. Par exemple, les applications militaires auront tendance à utiliser des dissipateurs thermiques dans les conceptions de circuits imprimés pour garantir une fonctionnalité à long terme.

Les avantages d'un dissipateur de chaleur

Ces pièces présentent un large éventail d'avantages, notamment :

• Gestion thermique : Le principal avantage d'un dissipateur thermique est sa capacité à améliorer la gestion thermique dans une conception de PCB. Ces pièces sont excellentes pour résoudre de nombreux problèmes de dissipation thermique et de refroidissement.
• Longévité : Les dissipateurs thermiques PCB durent longtemps et n'ont pas besoin d'être remplacés après une utilisation à long terme. De plus, leur utilisation peut aider à améliorer la longévité d'un PCB grâce à une gestion thermique appropriée.
• Faible coût : La plupart des dissipateurs thermiques sont peu coûteux et offrent une solution économique à la gestion thermique dans les conceptions de circuits imprimés.
• Poids faible : De nombreux dissipateurs thermiques sont en cuivre ou en aluminium, qui offrent une excellente résistance thermique sans ajouter de poids significatif à la carte.

Les défis d'un dissipateur thermique

Bien que les dissipateurs thermiques offrent de multiples avantages pour la gestion thermique des PCB, ils présentent des défis importants dans la conception des PCB. Certains des défis les plus importants présentés par les dissipateurs thermiques sur les PCB incluent :

• Difficultés de fixation mécanique : Les dissipateurs thermiques pour PCB ont des fixations mécaniques, telles que des punaises et des clips en Z, qui nécessitent de percer des ancrages dans la carte, ce qui cause des dommages si la conception nécessite des alternances ultérieures.
• Difficultés de fixation non mécaniques : Une fixation non mécanique adhésive ou époxy présente un risque élevé d'endommager un dispositif lors du retrait en raison de contraintes mécaniques. De plus, l'application de fixations non mécaniques est difficile en raison des propriétés de faible fluidité des adhésifs thermiques et des époxydes - ces fixations doivent être parfaites et exemptes de poches d'air pour obtenir une gestion thermique optimale, mais cela nécessite une pression qui peut casser la planche.
• Exigences de détachement : Un autre problème complexe pour les dissipateurs thermiques de PCB est le fait que le dissipateur thermique doit être amovible. Au cas où quelqu'un aurait besoin de réparer la carte, il doit pouvoir retirer le dissipateur de chaleur sans endommager la carte. C'est particulièrement difficile pour les pièces jointes utilisant des adhésifs.

Conseils pour choisir le bon accessoire de dissipateur thermique

L'ajout d'un dissipateur thermique à un circuit imprimé aura un impact sur la conception, en particulier sur la capacité de la conception à être retravaillée sans dommage. Lorsque vous recherchez le bon accessoire de dissipateur thermique pour un circuit imprimé, tenez compte de plusieurs facteurs :

• Exigences thermiques : Avant d'envisager des dissipateurs thermiques, vous devez connaître le profil de conception thermique (TDP) des composants PCB et leurs températures de fonctionnement optimales. Ces informations indiqueront la consommation électrique d'un composant et la quantité de gestion thermique nécessaire pour le maintenir opérationnel.
• Espace requis :déterminez l'espace disponible pour un dissipateur thermique dans la conception. Ces pièces sont disponibles dans une gamme de tailles et de conceptions, il est donc essentiel de connaître l'espace disponible pour un dissipateur thermique dans une conception de PCB.
• Conception du dissipateur de chaleur : Une fois que vous connaissez les limites et les exigences de la conception du circuit imprimé, vous devez réfléchir aux différentes conceptions des dissipateurs thermiques. Ces variables incluent les propriétés des matériaux et les caractéristiques dimensionnelles, telles que la taille du dissipateur thermique, le nombre d'ailettes et l'espacement entre les ailettes.
• Technique de montage : Enfin, considérez comment le dissipateur thermique doit être fixé au PCB. Selon le dissipateur thermique spécifique et les exigences de la conception, vous pouvez choisir une technique de fixation mécanique ou non mécanique. Dans tous les cas, examinez attentivement les inconvénients propres à chaque technique de fixation.

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