Comment fabriquer des circuits imprimés avec des tampons de décharge thermique

Photo d'un timbre américain de 60 cents avec la photo d'Eddie Rickenbacker

J'ai lu un jour que le jeune Eddie Rickenbacker s'est fait piéger par ses collègues plus âgés quand ils l'ont envoyé demander un outil qui n'existait pas. Plus tard, Rickenbacker est devenu pilote de course automobile dans les années 1900, concepteur automobile, as de l’aviation américaine pendant la Première Guerre mondiale, consultant du gouvernement et, finalement directeur d’Eastern Air Lines. Pourtant, en tant qu'apprenti dans un atelier d'automobile, il a dû apprendre les rudiments de son métier de la même façon que le reste d'entre nous. Il l'a fait en posant beaucoup de questions.

Si vous débutez dans la conception de circuits imprimés, vous avez probablement beaucoup de questions vous aussi. C’est une bonne chose. Alors continuez de les poser. J'ai cependant constaté que les nouveaux designers hésitent à poser certaines questions. Il s’agit souvent de questions apparemment tellement basiques qu'ils ont l'impression qu’ils devraient pouvoir y répondre eux-mêmes. L’une d’elle concerne les tampons de décharge thermique.

Qu’est-ce que les tampons de décharge thermique et pourquoi sont-ils nécessaires ? Quand devrais-je les utiliser ? Comment les créer ? Si de telles questions vous viennent à l’esprit lorsque vous apprenez à concevoir des circuits imprimés, lisez ce qui suit. Je ferai de mon mieux pour vous donner un aperçu qui pourra vous aider à commencer. Et ne vous inquiétez pas, je ne vais pas vous envoyer chercher un clé à molette pour gaucher, comme les collègues de Rickenbacker.

therm_example.jpg Quelques exemples de tampons de décharge thermique pour des plans négatifs

Quelques exemples de tampons de décharge thermique pour des plans négatifs

Qu’est-ce qu’un tampon de décharge thermique ?

Un PCB multicouche aura généralement des plans d'alimentation et de masse internes. Ces plans internes sont souvent créés sous forme de plans négatifs dans le système CAO. Un plan négatif est une image inversée de ce qui sera éventuellement fabriqué par l'atelier de fabrication. Les images sur un plan négatif représentent l'absence de métal, et elles sont utilisées pour créer des dégagements autour des trous qui ne sont pas reliés au plan. Un tampon de décharge thermique est utilisé pour relier le trou au plan, mais il utilise des rayons et des vides pour restreindre la zone métallique de la connexion. Ceci est important pour souder des composants à travers les trous de la carte.

Lorsque les fils d'un composant traversant se connectent directement à un plan d'alimentation interne ou à un plan de masse sans tampon de décharge thermique, le plan métallique peut servir de dissipateur thermique pendant le brasage. Dans un plan, la grande surface de métal dissipe la chaleur, et il faudra donc plus de temps avant que la soudure refusionne. Certains fils d'un composant étant plus longs à souder que d'autres, il peut être difficile d'obtenir de bonnes soudures pour tous les fils de chaque composant. Cela peut causer de mauvais joints de soudure qui pourraient éventuellement se briser et causer un contact intermittent ou rompre une connexion.

Pour contrer ces effets, on utilise un tampon thermique sur les plans négatifs. Le tampon de décharge thermique crée de petits vides métalliques autour du trou, de sorte que la connexion se fait à travers de petits rayons de métal. La connexion étant limitée aux petits rayons, les contacts thermiques avec le reste du plan sont minimisés. Ceci permet à la ligne d'alimentation ou de masse d'un composant traversant de chauffer et de souder à la même vitesse que les autres fils du composant. 

Untitled design (63).jpg Travailler avec des plans négatifs n'est pas forcément une expérience négative.

Travailler avec des plans négatifs n'est pas forcément une expérience négative.

Quand dois-je utiliser un tampon de décharge thermique dans une conception de circuits imprimés ?

Un tampon de décharge thermique doit être utilisé chaque fois qu’un fil d’un composant traversant est connecté à un plan négatif. Le nombre et la largeur des rayons d'un tampon de décharge thermique doivent être déterminés en fonction de la puissance requise pour cette broche. Par exemple, une broche d'alimentation qui nécessite une piste de 1,016 mm (40 mils) pour se connecter au plan, aurait besoin d'un tampon de décharge thermique à quatre rayons de 0,254 mm (10 mils) de large.

 Une autre question qui revient souvent est de savoir si les vias nécessitent des tampons de décharge thermique. Rappelez-vous que le rôle d'un tampon de décharge thermique est de contrer la dissipation de chaleur de la soudure des fils à travers les trous dans les plans internes. Puisque la soudure ne pénètre pas dans la via, un tampon de décharge thermique n’est pas normalement nécessaire et peut avoir une connexion solide avec le plan.

Comment puis-je créer un tampon de décharge thermique ?

Les premiers systèmes de CAO exigeaient que les tampons de décharge thermique soient construits à la main. Au cours de ma carrière, j'ai utilisé des arcs, des lignes et des polygones pour construire des milliers de tampons de décharge thermique. Bien que cette option soit toujours disponible dans de nombreux systèmes de CAO actuel, elle est seulement utilisée lorsqu'une forme de décharge thermique personnalisée est nécessaire.

 Dans la plupart des systèmes de CAO modernes, les tampons de décharge thermique sont créés conformément à des règles spécifiques. Un menu vous permet de spécifier la forme du tampon (rond ou carré), sa rotation, le nombre de rayons et la largeur des rayons. Ces règles peuvent ensuite être appliquées à des broches, pièces, couches, réseaux ou classes de réseaux spécifiques. Vous aurez également la possibilité de définir plusieurs règles pour diverses situations, telles que différentes classes de réseau, puis de définir une priorité pour ces règles.

Les tampons de décharge thermique ont beaucoup plus à offrir que vous ne l'auriez imaginé à l'origine. Cet article n’a couvert que les bases, mais cela devrait vous donner un bon point de départ. Apprendre comment vos outils de CAO fonctionnent avec les tampons de décharge thermique sera la vraie clé pour réussir leur utilisation.

Le logiciel de conception de PCB, comme Altium Designer, vous offre de nombreuses fonctionnalités basées sur des règles pour créer et utiliser des tampons de décharge thermique. De plus, le nouvel environnement de conception amélioré d'Altium Designer 18 vous aidera à mener à bien tous les aspects de votre prochaine conception de PCB.

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