DIRECTIVES DE CONCEPTION POUR PCB À NOYAU EN MÉTAL DANS ALTIUM DESIGNER

La plupart des circuits imprimés incluent une épaisse couche de noyau FR4 pour assurer la stabilité structurelle et des couches de cuivre intérieures dans un PCB multicouche. Si une application particulière exige une dissipation thermique et une intégrité structurelle renforcées, vous pouvez envisager de travailler avec un PCB à noyau métallique. Ces circuits imprimés nécessitent des directives de conception spécifiques concernant la sélection des composants, le placement et le routage multicouche. Avec Altium Designer, vous pouvez répondre à d'importantes exigences de conception sur les PCB à noyau métallique, quelle que soit votre application.

La plupart des PCB utilisés dans l'électronique grand public, et même dans des applications plus exigeantes comme l'automobile et l'aérospatiale, utilisent des PCB standard construits entièrement avec de la résine époxy. Les circuits imprimés sur résine époxy contiennent un noyau FR4 avec une feuille de cuivre plaquée sur chaque face. Les empilages multicouches sont construits en gravant la couche de cuivre sur le noyau, puis en séparant les couches de l'empilage avec une couche de résine à faible conductivité thermique préimprégné. Cette pile est ensuite collée par un procédé combinant une température et une pression spécifiques. Après plusieurs étapes successives, vous obtenez un PCB multicouche.

Les PCB à noyau en métal ont une structure similaire aux couches qui entourent un noyau métallique. Les trois matériaux couramment utilisés dans les PCB à noyau en métal sont le cuivre, le fer et l'aluminium. Les couches externes ont des propriétés similaires à celles d'un PCB FR4 typique, tandis que le noyau métallique offre certains avantages spécifiques dans différentes applications, telles que des valeurs de conductivité thermique différentes.

Avantages des PCB à noyau métallique

Il est toujours avantageux de choisir un PCB à noyau métallique pour concevoir un PCB qui contiendra des composants actifs dissipant une quantité importante d'énergie sous forme de chaleur. Sur un PCB normal, les couches intérieures de FR4 sont des conducteurs thermiques relativement pauvres, et la chaleur des composants actifs est normalement dissipée par des vias et des zones thermiques. Un noyau métallique a une conductivité thermique plus élevée, ce qui lui permet de dissiper avec plus d’efficacité la chaleur des composants actifs. Cela permet une répartition plus uniforme de la chaleur sur toute la carte, évitant ainsi la formation de points chauds dans les PCB sur du FR4 standard. Les stratifiés utilisés dans les PCB à noyau métallique utilisent la conductivité thermique pour dissiper la chaleur plus rapidement que le FR4, ce qui permet également de garder les composants actifs plus frais, et par conséquent d’améliorer les performances et la durée de vie. À titre d'exemple, les systèmes d'éclairage qui utilisent des LED à haute puissance produisent une quantité importante de chaleur. Un PCB à noyau en métal offre une certaine réflectivité naturelle pour toute lumière qui se dirige vers le substrat, ce qui augmente la luminosité de ces dispositifs. Le noyau métallique permet également de dissiper rapidement la chaleur des LED, ce qui les empêche de brûler.

APPLICATIONS DES PCB À NOYAU MÉTALLIQUE POUR LES SECTEURS MILITAIRES ET L’AÉROSPATIALE

L'armée et l'aérospatiale sont deux domaines où les PCB doivent pouvoir résister à des cycles thermiques répétés, à des températures et à une humidité extrêmes, ainsi qu'à des chocs mécaniques fréquents. Les PCB à base métallique répondent à ces exigences opérationnelles car ils offrent une plus grande intégrité structurelle et une meilleure conductivité thermique, ce qui leur permet de résister à des chocs plus importants qu'un CI sur FR4. La conductivité thermique plus élevée de ces cartes assure une distribution plus uniforme de la température pendant le cycle thermique, ce qui empêche la formation de points chauds à proximité des composants actifs.

• Les PCB en FR4 et les cartes à noyau métallique ne sont pas vos seules options pour les matériaux de substrat.En savoir plus sur la sélection d'autres matériaux de substrat, tels que les PCB en aluminium.
• Les noyaux métalliques ne sont qu'une option parmi d'autres pour faciliter la gestion thermique de vos PCB. D'autres techniques passives sont utiles pour préserver la stabilité thermique de vos cartes.

  En savoir plus sur les tampons thermiques ou la pâte thermique.

• Si vous construisez un circuit imprimé tout neuf avec un noyau métallique, vous devrez éventuellement sortir votre dispositif du breadboard et construire votre prototype.En savoir plus sur le prototypage des PCB à noyau métallique.

PCB en métal : Gestionnaire d’empilage des couches dans Altium Designer

Composants des PCB à noyau métallique

Du point de vue de la conception électronique, les composants des PCB à noyau métallique, comme les PCB en aluminium, ne sont pas particulièrement différents de ceux utilisés sur tout autre circuit imprimé. Avec un PCB à base métallique, vous devrez utiliser des composants montés en surface plutôt que des composants à trous traversants. L'utilisation de composants de PCB à trous traversants dans des vias métallisés permet de relier les broches du composant au noyau métallique interne, créant ainsi un court-circuit autour du composant.

APPROVISIONNEMENT EN COMPOSANTS DE PCB POUR LA FABRICATION DE NOYAUX MÉTALLIQUES

Que vous envisagiez de fabriquer un circuit imprimé sur FR4, un CI rigide-flexible ou un PCB à noyau métallique à haute conductivité thermique, vous aurez besoin d'outils dans votre logiciel de conception pour vous approvisionner en composants de circuits imprimés. Vous n’avez pas besoin de parcourir manuellement les sites web des distributeurs et de copier manuellement les informations dans un traitement de texte pour créer votre nomenclature. Avec Altium Designer, vous avez les outils nécessaires pour vous procurer vos composants et générer des fichiers de fabrication pour votre fabricant de PCB.

• La fabrication d'un circuit imprimé réunit un certain nombre d'étapes. Les bons choix de conception peuvent accélérer le processus et vous aider à éviter les modifications inutiles.

  En savoir plus sur la conception adaptée à la fabrication des PCB.

• Votre fabricant aura besoin d'une documentation complète qui couvre tous les aspects de la fabrication et tous les composants de votre PCB à noyau en métal

  En savoir plus sur la création d'un dossier de documentation complet pour votre fabricant.

• Quel que soit le PCB, l'approvisionnement en composants peut poser certaines difficultés. Avoir accès aux bons outils de gestion de la chaîne d'approvisionnement dans votre logiciel de conception peut faciliter le processus et réduire les délais de fabrication. En savoir plus sur l'approvisionnement en composants avec Chris Calvi.

Approvisionnement en composants SMT pour PCB à base métallique

Conception des PCB à noyau métallique dans un environnement unifié

La conception d'un PCB à noyau métallique multicouche peut être un processus difficile si vous n'avez pas accès aux bons outils de conception. Vous aurez besoin d'outils d’agencement qui vous permettront de placer avec précision les composants, de tracer les pistes, de définir les vias, de vérifier les charges de chaleur et de conductivité thermique, et bien d'autres aspects qui entrent dans la conception de tout PCB. En ce qui concerne les PCB à noyau métallique, vous aurez besoin d'une bibliothèque complète de matériaux d'empilage et d'un gestionnaire d'empilage de couches qui vous permettra de personnaliser la structure de votre carte pour votre application spécifique.

ALTIUM DESIGNER: LE SEUL ENVIRONNEMENT INTÉGRÉ POUR CONCEVOIR DES PCB

Lorsque vous travaillez avec Altium Designer, vous avez accès à une suite complète d'outils qui facilitent le processus de conception de n'importe quelle carte de circuit imprimé. Vous pourrez personnaliser votre pile de couches avec un noyau métallique et définir les propriétés matérielles de votre substrat. D'autres plateformes de conception séparent les fonctions importantes dans différents programmes, tandis qu'Altium Designer vous donne accès à d'importants outils d’agencement et d'analyse dans un seul programme.

• Dans Altium Designer, le moteur de conception basé sur des règles permet d'intégrer vos outils de conception dans un seul programme. Aucune autre plateforme de conception de PCB ne vous offre un tel niveau d'accessibilité.

  En savoir plus sur l'environnement de conception unifié basé sur des règles d'Altium Designer.

• Pour travailler avec n'importe quel PCB à base métallique, vous avez besoin d’une bibliothèque complète de matériaux standard. Altium Designer comprend une vaste bibliothèque de stackups pour PCB multicouches, et PCB à noyau métallique. En savoir plus sur la bibliothèque de matériaux d'empilage d'Altium Designer.
• Lorsque viendra le temps de fabriquer un prototype de PCB à noyau métallique ou de passer à la production à grande échelle, vous aurez besoin d'une visibilité de la chaîne d'approvisionnement et d'outils de documentation qui faciliteront la transition. En savoir plus sur les outils de nomenclature dans Altium Designer.

D'autres entreprises de logiciels de conception de PCB n’offrent aucun support pour trouver les ressources dont vous avez besoin. Au lieu de vous abandonner à votre sort, Altium vous donne accès au forum AltiumLive, à des tutoriels de conception créés par des experts du secteur, à des webinaires et à des podcasts, ainsi qu'à une vaste base de connaissances. Aucun autre fournisseur de logiciels de conception de PCB ne vous offre autant de ressources.

D'autres plateformes de conception de PCB vous obligent à naviguer dans un panier de programmes différents avec des interfaces, des formats de données et des flux de travail incohérents, ce qui vous expose à des erreurs de conception et sape votre productivité. Au lieu de travailler avec un processus de conception dépassé, il est temps de passer à la seule plateforme de conception qui unifie vos outils de conception essentiels sous un même toit : il est temps d'essayer Altium Designer.