Conductivité thermique des PCB et son importance

La conductivité thermique d'un PCB est sa capacité à conduire la chaleur. Les matériaux à faible conductivité thermique permettent un transfert de chaleur plus faible. À l'inverse, les matériaux à conductivité thermique élevée permettent un transfert de chaleur plus élevé. Par exemple, les métaux sont très efficaces pour conduire la chaleur grâce à leur conductivité thermique élevée. C'est pourquoi ils sont fréquemment utilisés dans les applications nécessitant une dissipation thermique. En revanche, les matériaux à faible conductivité thermique conviennent mieux aux applications nécessitant une isolation thermique. Dans cet article, nous examinerons la conductivité thermique des PCB et son impact sur leurs performances.

Conductivité thermique des PCB de divers matériaux

Dans cette section, nous examinerons la conductivité thermique de divers Matériaux PCB.

1. Époxydes et verres (FR4, PTFE et polyimide)

Nous utilisons principalement le FR4 pour la production en série de circuits imprimés. Cependant, dans ce cas, la conductivité thermique des circuits imprimés est très faible par rapport aux autres matériaux. Par conséquent, la plupart des fabricants doivent recourir à diverses techniques et méthodes de gestion thermique pour maintenir la température des circuits imprimés et de leurs composants actifs dans une plage de fonctionnement sûre.

2. Céramiques (alumine, nitrure d'aluminium et oxyde de béryllium)

Les céramiques offrent une conductivité thermique bien supérieure à celle des époxydes et des verres. Cependant, cette conductivité thermique accrue entraîne des coûts de fabrication plus élevés. En effet, les céramiques sont mécaniquement résistantes et il est donc difficile de les percer mécaniquement ou au laser. La fabrication multicouche de circuits imprimés en céramique devient donc complexe.

3. Métaux (cuivre et aluminium)

Nous utilisons principalement l'aluminium pour la fabrication de circuits imprimés à cœur métallique. Les métaux présentent une conductivité thermique supérieure à celle des époxydes et des verres, et leur coût de fabrication est raisonnable. Ils sont donc très efficaces pour les applications soumises à des cycles thermiques et nécessitant une dissipation thermique. Le cœur métallique assure une dissipation thermique efficace et ne nécessite donc aucun procédé ni mécanisme supplémentaire. Les coûts de fabrication tendent donc à diminuer.

PCB à conductivité thermique élevée vs PCB conventionnels

• Les matériaux à haute conductivité thermique tels que la céramique et les métaux permettent une meilleure dissipation de la chaleur par rapport aux matériaux à faible conductivité thermique tels que le FR4.
• Les matériaux à faible conductivité thermique nécessitent des vias et des trous traversants pour l'évacuation de la chaleur.
• Par conséquent, les étapes de fabrication ont tendance à augmenter dans le cas de matériaux à faible conductivité thermique PCB.
• Ainsi, le processus de fabrication devient complexe et les coûts ont tendance à augmenter.
• En revanche, les matériaux à haute conductivité thermique PCB n'ont pas besoin de processus ni de mécanismes supplémentaires pour la décharge thermique ou la dissipation de la chaleur.
• Par conséquent, les étapes et les coûts de fabrication ont tendance à diminuer pour les matériaux à faible conductivité thermique du PCB.
• Les matériaux à haute conductivité thermique des PCB ne permettent pas la localisation des contraintes thermiques. En effet, la chaleur les traverse facilement et les contraintes ne peuvent pas se concentrer en un seul endroit.
• Par conséquent, la structure est thermiquement stable et ces panneaux ont tendance à avoir une durée de vie plus longue.
• En comparaison, les matériaux à faible conductivité thermique PCB entravent le flux de chaleur et permettent donc la localisation des contraintes.
• Par conséquent, ils ont une faible stabilité thermique et donc une durée de vie plus courte.
• Étant donné que les matériaux à haute conductivité thermique n'ont pas besoin de vias, il y a plus d'espace pour le montage des composants.
• Par conséquent, les PCB à conductivité thermique élevée sont plus denses et de plus petite taille.
• Cela nous permet de fabriquer des PCB plus petits et plus efficaces.
• Il est établi que les matériaux à haute conductivité thermique possèdent également une conductivité électrique élevée. Il est donc plus avantageux d'utiliser des matériaux à haute conductivité thermique pour PCB.
• Les matériaux à conductivité thermique élevée présentent également un coefficient de dilatation thermique stable. Ils présentent donc des propriétés de dilatation thermique intéressantes. Cela nous permet de fabriquer des circuits imprimés stables, tant sur le plan thermique que dimensionnel.
• Étant donné que les matériaux à haute conductivité thermique sont thermiquement stables, nous pouvons les utiliser dans des applications extrêmes car nous sommes certains que leur dégradation thermique ne se produira pas.

Dissipation de chaleur grâce à la conductivité thermique du PCB

Nous vivons à une époque où il est possible de réaliser des packagings microélectroniques et où les technologies d'intégration sont facilement accessibles. Par conséquent, la densité de puissance globale des dispositifs électroniques est en constante augmentation. Cependant, les dimensions physiques des dispositifs et composants électroniques diminuent constamment. La chaleur générée est alors instantanément dissipée, ce qui entraîne la dissociation ou la désintégration de l'ensemble du système électronique.

Cependant, la densité du flux thermique des appareils électroniques augmente également, et les environnements à haute température affectent également leurs performances. Il est donc nécessaire de mettre en place un système de contrôle thermique plus efficace et de s'attaquer de front au problème de la dissipation thermique afin d'ouvrir de nouvelles perspectives. Fabrication de PCB.

La solution

Les ingénieurs ont élaboré des stratégies pour résoudre ces problèmes grâce à la gestion thermique. Parmi celles-ci, on peut citer :

• Augmenter la conductivité thermique du PCB pour améliorer la dissipation de la chaleur
• Utiliser des matériaux capables de supporter des températures de fonctionnement plus élevées. Cela peut se faire en améliorant la température de décomposition thermique.
• Améliorer l'adaptation thermique du matériau à son environnement et à ses cycles thermiques. Cela peut se faire en améliorant le coefficient de dilatation thermique (CTE).

La stratégie la plus efficace consiste à utiliser des matériaux à haute conductivité thermique pour lutter contre la dissipation thermique. En effet, ces matériaux permettent un transfert thermique fluide et ne s'accumulent jamais au même endroit. Ainsi, la chaleur est évacuée du système dès sa génération et n'endommage pas la carte. Le problème survient uniquement lorsque le flux thermique est entravé et que celle-ci commence à s'accumuler. Dans ce cas, elle entraîne des contraintes thermiques et endommage le circuit imprimé. C'est pourquoi il est déconseillé d'utiliser des matériaux à faible conductivité thermique pour les applications haut de gamme.

Si vous rencontrez des problèmes de dissipation thermique dans vos cartes, vous êtes au bon endroit. Technologie MOKO possède une solide expérience dans la conception et le développement de circuits imprimés à haute conductivité thermique. Nous pouvons fabriquer des circuits imprimés personnalisés à haute conductivité thermique, adaptés à vos besoins et permettant une dissipation thermique efficace. N'hésitez pas à nous contacter pour toute question.