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09 – Circuits imprimés à drains thermiques

Les circuits imprimés à drains thermiques sont conçus pour dissiper la chaleur produite par les semi-conducteurs de puissance (transistors, thyristors, diodes et LEDs). Il existe plusieurs possibilités pour évacuer cette chaleur:
• Utilisation de pâte thermique
• Augmenter l’épaisseur du cuivres
• Dissipation thermique par noyau métallique
• Dissipation thermique par tôle de refroidissement (radiateur)


09.1 –Pâte thermique (pâte à un composant)

La pâte thermique est déposée par sérigraphie (similaire au marquage des composants) de la couche. L’épaisseur de la couche est de 100 – 150 µm.


09.2 – Augmenter l’épaisseur du cuivre

Sur les circuits imprimés à grande épaisseur de cuivre, la chaleur est évacuée directement par le cuivre. Les épaisseurs sont au minimum de 105 μm, 210 μm ou 400 μm. Cette variante n’est pas adaptée aux circuits avec composants SMD avec micro conducteurs et est donc de fabrication onéreuse.


09.3 – Transmission thermique par noyau métallique

Pour les circuits imprimés en métal ou à noyau métallique on n’utilise pas de matière de base standard, mais un substrat massif en aluminium ou en cuivre.

Structure avec noyau métallique: voir la figure à droite
Une feuille de cuivre est stratifiée sur un noyau métallique à l’aide d’une feuille imprégnée (prepreg).
Cette variante est principalement utilisée lorsque des LED SMD spéciales sont employées. Ces LEDs-SMD sont très lumineuses et dégagent beaucoup de chaleur qui doit être évacuée au moyen de la plaquette. La dissipation thermique par radiateur sur les composants n’est pas possible.

C’est donc le circuit imprimé avec noyau métallique qui va faire office de refroidisseur. Ces circuits peuvent être produits en double face avec trous métallisés. Pour cela, un prepreg est déposé sur les deux faces du noyau métallique. Le flux de résine prepreg pénètre dans les trous. Cela isole le noyau métallique de la métallisation du trou et évite ainsi les courts-circuits.
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09.4 – Transmission thermique par tôle de refroidissement (radiateur)

Dans ce cas, les circuits sont fabriqués normalement avec un substrat standard. A la fin du processus de fabrication, le circuit imprimé est pressé avec la tôle de refroidissement au moyen d’une feuille préimprégnée.

Structure standard simple face: voir la figure à droite
Cette variante n’est pas recommandée car l’évacuation thermique n’est pas optimale. La chaleur produite doit d’abord traverser le substrat de base avant d’être évacuée.
Si vous optez pour cette solution, nous vous conseillons d’utiliser du FR4 le plus fin possible.

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Solutions possibles

• Circuit imprimé avec substrat "Bergquist"
• Alternative avec matériau de base pressé nous-même
• Circuit double face avec trous métallisés (circuit avec noyau en aluminium)
• Fabrication standard, des circuits simple face qui sont ensuite pressés sur un support en aluminium
• Circuit imprimé avec de la pâte thermique


Caractéristiques techniques

Circuits imprimés avec noyau métallique
Matériau de base en aluminium fini laminé de différents fabricants, avec prepreg spéciaux (conductivité thermique de 1 W/mK)

Version alternative
Matériau de base en aluminium, pressé nous-même avec "no-flow"-prepreg 0,1 mm et feuilles de cuivre de différentes épaisseurs

Circuit imprimé simple face en version standard
Un circuit imprimé simple face FR4 est pressé sur l’aluminium avec un prepreg standard (0,2 mm). L'épaisseur de l’aluminium est comprise entre
1,2 – 1,6 mm

Pâte thermique
La pâte heatsink HSP 274 1 à un composant, de couleur noire, de la société Peters, est déposée par sérigraphie

Circuits imprimés avec grande épaisseur de cuivre
Réalisable seulement jusqu’à 210 µm. Au-delà, des problèmes de recouvrement avec le vernis épargne sont possibles (dépend du layout). Dans ce cas, les fentes sont remplies avec de la pâte. Largeur de piste et trame minimale: 1,0 mm

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