L'actualité PCB - Guide de conception de dissipation thermique PCB haute puissance

Que vous utilisiez de l'électronique de puissance, des systèmes embarqués, des équipements industriels ou que vous conceviez une nouvelle carte mère, vous devez faire face à la hausse des températures dans votre système. Un fonctionnement continu à haute température peut réduire la durée de vie de la carte de circuit imprimé et même entraîner des défaillances à certains points clés du système. Pensez à la dissipation de chaleur tôt dans le processus de conception pour aider à prolonger la durée de vie des cartes et des composants.

Conception de dissipation thermique à partir de l'estimation de la température de fonctionnement

Avant de commencer une nouvelle conception, vous devez tenir compte de la température à laquelle la carte fonctionne, de l'environnement de fonctionnement de la carte et de la consommation d'énergie des composants. Ensemble, ces facteurs déterminent la température de fonctionnement de la carte et des composants. Cela aidera également à personnaliser la stratégie de refroidissement.

Placer la carte à une température ambiante plus élevée peut retenir plus de chaleur et donc fonctionner à des températures plus élevées. Les composants qui consomment plus de puissance nécessiteront des méthodes de refroidissement plus efficaces pour maintenir la température à un niveau défini. Des normes industrielles importantes peuvent spécifier la température à laquelle les composants et les substrats seront soumis pendant le fonctionnement.

Avant de concevoir une politique de gestion de la dissipation thermique, vérifiez les températures de fonctionnement admissibles des composants dans la fiche technique ainsi que les températures spécifiées dans les normes industrielles importantes. Le refroidissement actif et passif doit être combiné avec la disposition correcte de la plaque pour éviter d'endommager la plaque.

Refroidissement actif vs refroidissement passif: lequel convient à votre carte mère?

C’est une question importante à considérer pour tout designer. En général, un effet de refroidissement passif se produit lorsque la température ambiante est bien inférieure à la température de fonctionnement. Le Gradient thermique entre le système et l'environnement peut être important, forçant plus de chaleur à s'écouler des composants et de la plaque elle - même. Adopter le refroidissement actif, même si la température ambiante est plus élevée, selon le système de refroidissement actif peut fournir un meilleur effet de refroidissement.

Refroidissement passif

Il faut essayer de niveler le refroidissement passif des composants actifs pour permettre la distribution de la chaleur au niveau du sol. De nombreux composants actifs comprennent des coussins chauffants situés au fond de l'emballage, permettant à la chaleur de se dissiper à travers les trous de suture vers les formations voisines. Ces trous de suture s'étendent alors jusqu'au patin de cuivre sous l'ensemble. Il existe des calculatrices PCB que vous pouvez utiliser pour estimer la taille des plots de cuivre nécessaires sous un composant.

Il est évident que les plots de cuivre sous l'assemblage ne doivent pas s'étendre au - delà des bords de l'assemblage réel, car cela pourrait interférer avec les plots de montage en surface ou les broches traversantes. Si un seul rembourrage ne peut pas réduire la température au niveau souhaité, vous devrez peut - être ajouter un radiateur sur le dessus de l'appareil pour dissiper plus de chaleur. Un coussin chauffant ou une pâte chauffante peut également être utilisé pour augmenter le flux de chaleur entrant dans le radiateur.

Le refroidissement par évaporation est une autre option. Cependant, les composants de refroidissement par évaporation sont volumineux, de sorte que

Ne convient pas à de nombreux systèmes. Si le système fuit ou est endommagé, il y aura une fuite de liquide dans toute la plaque. À ce stade, la méthode de refroidissement actif peut être utilisée pour fournir le même effet de refroidissement ou un meilleur effet.

Dissipation thermique active

Si vous avez besoin de réduire davantage la température de vos FPGAs, CPUs ou autres composants actifs avec des vitesses de commutation élevées, vous devrez peut - être utiliser un ventilateur pour le refroidissement actif lorsque le refroidissement passif ne résout pas le problème. Les ventilateurs ne tournent pas tout le temps et peuvent parfois même ne pas s'allumer. Les composants plus chauds et ceux qui génèrent plus de chaleur nécessitent que les ventilateurs fonctionnent plus rapidement.

Le ventilateur fait du bruit, car le signal PWM peut faire du bruit en raison de l'interrupteur. La carte de développement nécessite un circuit pour générer un signal PWM pour contrôler la vitesse du ventilateur et un capteur pour mesurer la température des composants concernés. Un ventilateur d'entraînement AC avec un contrôleur de commutation électronique produit également un EMI rayonnant à la fréquence de commutation de base et à chaque harmonique supérieur. Si vous utilisez un ventilateur, les composants de câblage à proximité devront avoir une fonction de suppression du bruit / suppression des interférences adéquate.

Un système de refroidissement actif tel qu'un fluide de refroidissement ou un réfrigérant peut également être utilisé pour assurer un refroidissement adéquat. C'est une solution inhabituelle car elle nécessite une pompe ou un compresseur pour faire circuler le liquide de refroidissement ou le réfrigérant à travers le système. Par exemple, les systèmes de refroidissement par eau sont utilisés pour refroidir les GPU dans les ordinateurs de jeu haute performance.

Quelques guides simples de conception thermique

L'utilisation d'une couche de terre sous le chemin du signal améliore l'intégrité du signal et la suppression du bruit. Il agit également comme un radiateur. Les assemblages avec des coussins isolants prolongent les trous de suture vers le bas jusqu'à la couche de sol, ce qui permet à la couche de sol de dissiper plus facilement la chaleur de surface. La chaleur générée dans la trajectoire de la surface est ensuite facilement dissipée dans le sol.

Les fils électriques qui transportent de grands courants, en particulier dans les circuits à courant continu, doivent avoir un poids de cuivre plus important pour dissiper la bonne quantité de chaleur sur la carte. Cela peut nécessiter des fils plus larges que ceux habituellement utilisés dans les appareils à haute vitesse ou à haute fréquence. La géométrie affecte l'impédance de câblage du signal AC, ce qui signifie que vous devrez peut - être modifier la pile pour que l'impédance corresponde aux valeurs définies dans la norme du signal ou dans le composant source / charge.

Faites attention aux cycles thermiques dans la carte, car les cycles de température répétés entre des valeurs élevées et basses peuvent provoquer des contraintes dans les Vias et le câblage. Cela peut conduire à la rupture d'un conduit dans un trou traversant avec un rapport d'aspect élevé. Un cycle prolongé peut également créer une superposition de traces dans la couche superficielle, endommageant ainsi les planches.