Gestion thermique d’un PCB : cuivre, vias thermiques et aluminium
Où va la chaleur, ce que vous pouvez faire dans l’implantation, et quand passer du FR4 à une carte en aluminium.
La chaleur quitte la carte de trois façons
Un composant dissipe de la puissance sous forme de chaleur. Sur la carte, cette chaleur traverse le cuivre et le stratifié, se répartit latéralement, puis s’évacue par convection et rayonnement depuis les surfaces, ou via un dissipateur ou le boîtier. L’implantation détermine la facilité avec laquelle la chaleur se répartit : la gestion thermique commence donc sur le PCB, bien avant le choix d’un dissipateur.
Mettre du cuivre là où se trouve la chaleur
Le cuivre conduit la chaleur environ mille fois mieux que le FR4. Trois leviers en découlent :
- Surface de cuivre. Reliez le pad thermique d’un composant de puissance à une grande surface de cuivre, pas à une piste fine. Plus la surface est grande, plus l’échauffement est faible.
- Épaisseur de cuivre. 35 µm est le choix courant ; 70 µm supporte plus de courant et répartit mieux la chaleur à surface égale. Nous réalisons 18, 35, 50 et 70 µm (voir le guide de l’épaisseur de cuivre).
- Plans internes. En multicouche, les couches de cuivre internes servent de répartiteurs de chaleur lorsque les vias thermiques s’y raccordent.
Attention au compromis : un cuivre épais exige des isolements plus larges, et un grand pad relié à un plan se soude mal s’il n’est pas allégé par des connexions thermiques là où le brasage manuel ou par refusion l’exige.
Vias thermiques
Des vias sous un pad thermique transfèrent la chaleur de la couche supérieure vers un plan ou vers la face opposée. Point de départ typique :
| Paramètre | Valeur typique |
|---|---|
| Diamètre de perçage | 0,3 mm |
| Pas | environ 1,0 à 1,2 mm |
| Disposition | grille sous le pad thermique |
| Raccordement | à un plan de cuivre ou à une grande surface sur l’autre face |
Des vias ouverts sous un pad peuvent aspirer la brasure hors du joint pendant l’assemblage. Demandez à votre assembleur s’il souhaite en réduire le nombre, les décaler ou les couvrir de vernis épargne. Nos limites de perçage figurent dans le guide sur les vias et diamètres de perçage.
Épaisseur de la carte et matériau
Une carte plus fine offre un trajet vertical plus court, mais la chaleur doit tout de même se répartir latéralement dans le cuivre. Le FR4 standard conduit mal la chaleur, c’est donc le cuivre qui fait l’essentiel du travail. Pour les épaisseurs standard, voir épaisseur du PCB.
Quand choisir une carte en aluminium
Si un composant dissipe plus de chaleur que la surface de cuivre et les vias ne peuvent évacuer, comme avec des LED ou des étages de puissance, une carte en aluminium (IMS, substrat métallique isolé) conduit la chaleur vers la base métallique, puis vers un dissipateur ou le boîtier. Elle comporte une couche de cuivre et un diélectrique mince entre le cuivre et l’aluminium. Lisez FR4 ou aluminium pour la comparaison et PCB aluminium pour LED pour les règles de conception.
Règles d’implantation utiles
- Placer les composants de puissance à distance de ceux qui sont sensibles à la chaleur.
- Éviter les sources de chaleur près des bords où la carte est serrée, sauf si le bord est le chemin thermique voulu.
- Ne pas regrouper tous les composants chauds dans un coin ; les répartir.
- Utiliser de larges pistes et des plans pour la puissance ; ils portent courant et chaleur (voir largeur de piste et courant).
- Vérifier le résultat sur un prototype avec une caméra thermique ou un thermocouple, et pas seulement par le calcul.
Calculez le prix de votre carte avec le calculateur de prix, ou envoyez-nous les fichiers pour examen.
Questions fréquentes
Combien de vias thermiques faut-il sous un composant ?
Il n’y a pas de nombre fixe ; cela dépend de la puissance et de la surface de cuivre raccordée. Une grille avec un perçage de 0,3 mm et un pas d’environ 1,0 à 1,2 mm est un point de départ courant. Confirmez le résultat en mesurant un prototype.
Quand une carte en aluminium est-elle préférable au FR4 ?
Quand le cuivre et les vias ne suffisent pas à répartir la chaleur, par exemple avec des LED ou des composants de puissance. Une carte en aluminium conduit la chaleur vers la base métallique, mais ne comporte qu’une seule couche de cuivre.
Un cuivre plus épais aide-t-il pour la chaleur ?
Oui. Un cuivre plus épais répartit mieux la chaleur et supporte plus de courant, mais exige des isolements plus larges entre les pistes. Nous proposons 18, 35, 50 et 70 µm.
Voir les questions et réponses →
Consultez nos capacités de fabrication
Pistes et isolements minimaux, diamètres de perçage, matériaux, tolérances et tests pour chaque type de carte, sur une seule page.
Ouvrir les capacités →Posez votre question à un ingénieur
Vous ne savez pas ce qui s’applique à votre carte ? Décrivez-la en quelques lignes et nos ingénieurs vous conseillent.