Une dissipation efficace de la chaleur grâce aux dissipateurs CMS aide à éviter la surchauffe du circuit imprimé

Zachariah Peterson
|  Créé: September 2, 2021
Efficient Heat Dissipation with SMD Heat Sinks Keeps You From Dropping PCBs

Difficile d’avoir un accident en faisant chauffer une pizza surgelée au four. Mais la faim a pris le dessus, et en retirant la plaque du four, j’ai oublié de mettre des gants. En un millième de seconde seulement, j'ai ressenti une douleur aigue et me suis précipité vers l'eau froide du robinet pour y rafraîchir mon doigt. La petite brûlure est partie après quelques semaines, mais la leçon restera apprise jusqu’à la prochaine fois que j'aurai trop faim.

Dans le domaine de l'électronique, la température peut vite monter sur le dissipateur thermique de votre circuit imprimé, ce qui peut provoquer un choc brutal chez les techniciens peu méfiants. En plus de cela, une température extrême dépassant la plage de fonctionnement des composants peut entraîner une durée de vie plus courte pour votre produit. Le dissipateur de chaleur lui-même sera défectueux, et les performances des composants environnants peuvent également être affectées de manière négative. Il y a beaucoup de choses à prendre en compte lorsqu'on traite des vias, des vias thermiques, de la pâte thermique et des composants CMS. Cependant, en comprenant et en utilisant correctement les dissipateurs thermiques CMS, vous pouvez sauver vos conceptions (et vos mains).

Qu'est-ce qui provoque l'échauffement d'un PCB et nécessite un dissipateur thermique CMS ?

L'électronique simple, comme une calculatrice numérique, produit une chaleur négligeable. Mais lorsque vous concevez un contrôleur haut de gamme ou un circuit à transistors avec un courant élevé, il est inévitable que les choses deviennent assez chaudes sur votre PCB. Pour certains composants, comme le régulateur de tension, l'élévation de température définie par sa résistance thermique peut être calculée par la valeur fournie dans la fiche technique.

Par exemple, le célèbre LM7805 dans un boîtier TO-220 augmentera de 22°C pour chaque 1 Watt de puissance dissipée sans dissipateur. Mais ce n'est rien comparé à un transistor de puissance, car certains peuvent même atteindre 100°C d'augmentation par Watt dissipé. Vous constaterez également que votre microcontrôleur chauffe lorsque vous activez tous ses périphériques et que vous le faites fonctionner à sa vitesse maximale.

Cela n'aide pas lorsque les demandes sur une taille de PCB plus petite augmentent, alors la chaleur de celle-ci peut s’accumuler plus rapidement qu'elle ne peut être dissipée. Et lorsque vous placez des cartes de circuits imprimés dans une enceinte extérieure, la chaleur augmente souvent jusqu'à doubler la température. Bien sûr, les ouvertures de ventilation et les ventilateurs d'extraction aident à maintenir la température à un niveau plus bas. Mais cette approche n'est pas aussi efficace que les techniques de dissipation de chaleur mises en œuvre sur le circuit imprimé lui-même.

Transistor de puissance sur fond bleu avec métal en saillie
Les transistors de puissance peuvent devenir très chauds, manipulez-les avec précaution.

Conception d'une distribution efficace de la chaleur sur les circuits imprimés

Le dissipateur thermique est un composant électronique efficace lorsqu'il est utilisé correctement. Comme d'autres composants électroniques, il est disponible en boîtier pour montage en surface. Les composants CMS de forte puissance sont généralement dotés d'un pad thermique ou d'une pâte thermique, pour lesquels vous devez utiliser de la pâte à souder afin de les souder contre un motif de diffusion de la chaleur sur le circuit imprimé. Un dissipateur thermique CMS est ensuite soudé à l'autre extrémité du cuivre pour assurer une meilleure dissipation.

Avant de choisir un dissipateur thermique pour votre composant de haute puissance, il y a deux facteurs à prendre en considération : la conductivité et la résistance thermiques de la jonction au boîtier du composant, et le dissipateur thermique lui-même. Vous devez vous assurer que la température du composant ne dépasse pas sa limite de sécurité et que le dissipateur thermique ne soit pas trop chaud au point de provoquer des lésions cutanées graves.

Il est important de calculer la température de jonction totale en divisant la puissance dissipée par la somme de la résistance thermique du dispositif, de la zone de dissipation thermique du PCB et du dissipateur thermique lui-même. Vous pouvez également obtenir la température du dissipateur thermique lui-même en multipliant la résistance thermique du dissipateur thermique par la puissance dissipée. Si la conception est correcte, le dissipateur thermique sera beaucoup plus froid que le composant haute puissance.

Dissipateur thermique SMD sur fond blanc
Assurez-vous que votre dissipateur thermique puisse venir à la rescousse de votre PCB.

Il est faux de croire que l'utilisation d'un dissipateur thermique éliminera totalement les problèmes de chaleur sur votre circuit imprimé. Il empêche seulement l'accumulation de chaleur en un seul point. Vous devrez toujours éloigner les composants sensibles à la chaleur, comme les capteurs, du dissipateur thermique. Une circulation d'air adéquate doit également faire partie de la conception du boîtier pour empêcher l'accumulation de chaleur. Un dissipateur thermique CMS est un excellent moyen de dissiper correctement la chaleur des composants de forte puissance.

Comme les dissipateurs de chaleur CMS existent en différentes tailles et formes, vous devrez vous assurer que vous avez la bonne donnée et le bon logiciel de conception de PCB pour l'utiliser. Lorsque vous avez besoin d'accéder à un outil de conception de PCB facile à utiliser qui comprend tout ce qui est nécessaire pour construire des circuits imprimés manufacturables de haute qualité, ne cherchez pas plus loin que CircuitMaker. En plus du logiciel de conception de PCB facile à utiliser, tous les utilisateurs de CircuitMaker ont accès à un espace de travail personnel sur la plate-forme Altium 365. Vous pouvez télécharger et stocker vos données de conception dans le cloud, et vous pouvez facilement visualiser vos projets via votre navigateur Web sur une plateforme sécurisée.

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A propos de l'auteur

A propos de l'auteur

Zachariah Peterson possède une vaste expérience technique dans le milieu universitaire et industriel. Avant de travailler dans l'industrie des PCB, il a enseigné à la Portland State University. Il a dirigé son M.S. recherche sur les capteurs de gaz chimisorptifs et son doctorat en physique appliquée, recherche sur la théorie et la stabilité du laser aléatoire. Son expérience en recherche scientifique couvre des sujets tels que les lasers à nanoparticules, les dispositifs électroniques et optoélectroniques à semi-conducteurs, les systèmes environnementaux et l'analyse financière. Ses travaux ont été publiés dans diverses revues spécialisées et actes de conférences et il a écrit des centaines de blogs techniques sur la conception de PCB pour de nombreuses entreprises. Zachariah travaille avec d'autres sociétés de PCB fournissant des services de conception et de recherche. Il est membre de l'IEEE Photonics Society et de l'American Physical Society

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