La conductivité thermique des PCB et son importance

La conductivité thermique des PCB est sa capacité à conduire la chaleur. Les matériaux qui ont une conductivité thermique inférieure permettent un taux de transfert de chaleur plus faible. D'autre part, les matériaux à conductivité thermique élevée permettent un taux de transfert de chaleur plus élevé. Par exemple, les métaux sont très efficaces pour conduire la chaleur car ils ont une conductivité thermique élevée. C'est pourquoi nous les utilisons fréquemment dans des applications où nous avons besoin d'une dissipation thermique. pourtant, les matériaux à faible conductivité thermique conviennent aux applications nécessitant une isolation thermique. Dans cet article, nous examinerons la conductivité thermique des PCB et comment elle affecte leurs performances.

Conductivité thermique PCB de divers matériaux

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

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

Nous utilisons principalement FR4 pour la production de masse de PCB. pourtant, dans ce cas, La conductivité thermique des PCB est très faible par rapport aux matériaux alternatifs. Donc, la plupart des fabricants doivent utiliser un certain nombre de techniques et de méthodes de gestion thermique pour maintenir la température des PCB et de leurs composants actifs avec une plage de fonctionnement sûre.

2. Céramique (Alumine, Nitrure d'aluminium, et oxyde de béryllium)

La céramique offre une conductivité thermique beaucoup plus élevée que les époxydes et les verres. pourtant, cette conductivité thermique plus élevée s'accompagne de coûts de fabrication plus élevés. En effet, les céramiques sont mécaniquement résistantes et il est donc difficile de les percer mécaniquement ou à l'aide de lasers. Donc, la fabrication multicouche de PCB en céramique devient difficile.

3. Les métaux (Cuivre et aluminium)

Nous utilisons principalement de l'aluminium pour fabriquer des PCB à noyau métallique. Les métaux ont une conductivité thermique plus élevée que les époxydes & lunettes et ils ont un coût de fabrication raisonnable. Donc, ils sont assez efficaces pour les applications qui nécessitent une exposition aux cycles thermiques et une dissipation thermique. Le noyau métallique permet à lui seul un soulagement thermique et une dissipation thermique efficaces et nous n'avons donc pas besoin de processus et de mécanismes supplémentaires. Donc, les coûts de fabrication ont tendance à diminuer.

PCB à conductivité thermique élevée par rapport aux PCB conventionnels

• Les matériaux à haute conductivité thermique tels que les céramiques et les métaux permettent une meilleure dissipation thermique 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.
• Donc, les étapes de fabrication ont tendance à augmenter dans le cas de matériaux à faible conductivité thermique PCB.
• Donc, le processus de fabrication devient complexe et les coûts ont tendance à augmenter.
• D'autre part, les matériaux à haute conductivité thermique PCB n'ont pas besoin de processus et de mécanismes supplémentaires pour le soulagement thermique ou les dissipations de chaleur.
• Par conséquent, les étapes et les coûts de fabrication ont tendance à diminuer pour les matériaux à faible conductivité thermique des PCB.
• Les matériaux à haute conductivité thermique PCB ne permettent pas la localisation des contraintes thermiques. En effet, la chaleur les traverse facilement et les contraintes ne peuvent pas se séparer en un seul endroit.
• Donc, la structure est thermiquement stable et ces planches ont tendance à avoir une durée de vie plus longue.
• En comparaison, les matériaux à faible conductivité thermique des PCB entravent le flux de chaleur et permettent donc la localisation des contraintes.
• Donc, ils ont une faible stabilité thermique et ont donc une durée de vie plus courte.
• Étant donné que les matériaux à haute conductivité thermique n'ont pas besoin de traversées, il y a donc plus d'espace pour le montage des composants.
• Par conséquent, Le PCB à conductivité thermique élevée est plus dense et plus petit.
• Cela nous permet de fabriquer des circuits imprimés plus petits et plus efficaces.
• Il est un fait établi que les matériaux à conductivité thermique élevée ont également une conductivité électrique élevée. Donc, il est plus avantageux d'utiliser des matériaux à haute conductivité thermique PCB.
• Les matériaux qui ont une conductivité thermique élevée ont également un CTE stable. Ce qui signifie qu'ils présentent des propriétés de dilatation thermique souhaitables. Cela nous permet de fabriquer des circuits imprimés qui sont aussi bien thermiquement que dimensionnellement stables.
• Étant donné que les matériaux à conductivité thermique élevée sont thermiquement stables, nous pouvons donc les utiliser dans des applications extrêmes car nous sommes certains que leur dégradation thermique ne se produira pas..

Dissipation thermique grâce à la conductivité thermique des PCB

Nous vivons à une époque où il est possible de réaliser des emballages microélectroniques et où la technologie d'intégration est facilement disponible. Donc, la densité de puissance globale des appareils électroniques est en constante augmentation. pourtant, les dimensions physiques des appareils électroniques et des composants électroniques diminuent régulièrement. Donc, la chaleur générée est instantanément séparée, ce qui conduit à la dissociation ou à la désintégration de l'ensemble du système électronique.

pourtant, la densité du flux thermique des appareils électroniques augmente également, et l'environnement à haute température affecte également les performances des appareils électroniques. Par conséquent, nous avons besoin d'un plan plus efficace pour établir le contrôle thermique, et nous devons nous attaquer de front au problème de la dissipation thermique afin d'ouvrir de nouvelles voies de Fabrication de PCB.

La solution

Les ingénieurs ont mis au point des stratégies pour résoudre ces problèmes de gestion thermique. Ceux-ci inclus,

• Augmentation de la conductivité thermique du PCB pour améliorer la dissipation thermique
• Utilisation de matériaux capables de résister à des températures de fonctionnement plus élevées. Nous pouvons le faire en améliorant la température de décomposition thermique.
• Améliorer l'adaptation thermique du matériau à son environnement et au cyclage thermique. Nous pouvons le faire en améliorant le CTE.

La stratégie la plus efficace parmi celles-ci consiste à utiliser un matériau à haute conductivité thermique pour lutter contre la dissipation thermique. En effet, ces matériaux permettent un transfert de chaleur en douceur et la chaleur ne s'accumule jamais au même endroit. Par conséquent, la chaleur quitte le système dès qu’elle est générée et n’endommage pas la carte. Le problème ne se pose que lorsqu'il y a un obstacle au flux de chaleur et qu'il commence à s'accumuler. Dans ce cas, cela entraînera des contraintes thermiques et endommagera le PCB. C'est pourquoi il n'est pas recommandé d'utiliser des matériaux à faible conductivité thermique PCB dans les applications haut de gamme.

Si vous rencontrez des problèmes de dissipation thermique dans vos cartes, vous êtes au bon endroit. Technologie MOKO est bien expérimenté dans la conception et le développement de circuits imprimés à haute conductivité thermique. Nous pouvons fabriquer pour vous des circuits imprimés à haute conductivité thermique personnalisés qui répondront à vos besoins et permettront une dissipation thermique efficace. N'hésitez pas à nous contacter si vous avez des questions.