Comment un routage adéquat du circuit imprimé peut-il vous éviter d'ajouter des dissipateurs thermiques à votre conception ?

Dysfunctional computer monitor

Les rappels de produits, comme des moniteurs d'ordinateur défaillants, constituent un fardeau financier que vous pouvez éviter.

 

Il y a plusieurs années, j'ai acheté un nouveau moniteur d'ordinateur capable d'afficher les plus hautes résolutions et profondeurs de couleurs qu'un ordinateur pouvait offrir.  J'avais du mal à cacher mon émotion lorsque je l'ai branché et commencé à tester les différentes applications pour évaluer ses capacités. Tout fonctionnait à merveille. J'avais donc quitté mon bureau pour vanter mon nouvel écran. Une fois de retour, j'ai été bien surpris : l'écran clignotait étrangement. Je l'ai ensuite éteint, puis rallumé en espérant résoudre le problème, mais ça n'a pas fonctionné. Apparement, mon nouveau moniteur était en panne.

Quelques jours plus tard, j'ai ouvert la structure et j'ai identifié le problème. Il s'est avéré que l'un des circuits vidéo était monté directement sur la source d'alimentation. Le circuit vidéo s'est donc tellement réchauffé que ses performances ont été dégradée et l'affichage déformé. Le problème était simple à résoudre : installer un blindage thermique pour éloigner l'énergie thermique du circuit vidéo. Le vrai problème résidait cependant dans la conception du produit. Le circuit vidéo n'aurait pas dû être placé aussi près d'une source de chaleur.

 

La chaleur est le pire ennemi d'un circuit imprimé

 

Tout le monde sait que la chaleur excessive peut endommager les composants ou causer leur dysfonctionnement, mais parfois il n'est pas évident de savoir quand la chaleur pose problème. Les problèmes de gestion thermique sont parfois particulièrement difficiles à résoudre et peuvent n'apparaître que dans circonstances peu courantes. Par exemple, si les températures sont extrêmes. En outre, les problèmes relatifs à la gestion thermique peuvent apparaître avec le temps, comme un joint à brasure qui se fracture à cause de la dilatation thermique et de la rétractation sur de nombreux cycles de chaleur. Comme ces problèmes de gestion thermique peuvent passer inaperçus pendant les tests, il est important de router votre carte correctement afin d'éviter ce genre de scénarios.

Components on a PCB
Tenez compte de l'emplacement des sources externes de chaleur avant de placer les composants sur votre circuit imprimé

 

Que doit faire un concepteur de circuits imprimés ?

 

Au cours de la conception de circuits imprimés, il est fréquent de remédier à la chaleur en utilisant des dissipateurs thermiques CMS, des ventilateurs, des vias thermiques, et d'autres techniques qui peuvent être très efficaces, mais qui rendent la conception plus coûteuse et complexe. La solution la moins coûteuse et la plus fiable est de concevoir un circuit imprimé insensible aux transferts indésirables de chaleur à partir de sources externes. Remédiez au problème par la conception, et ne vous contentez pas de jeter pas les composants sur la carte !

En planifiant votre conception, gardez à l'esprit que votre circuit imprimé fait partie d'un système plus important. Vous devez tenir compte à la fois du placement des composants produisant de la chaleur les uns par rapport aux autres, mais également des autres composants du produit dans son ensemble. Etant donné que l'emplacement des circuits imprimés varie selon l'appareil pour lequel ils sont conçus, les sources de chaleur externes peuvent se situer dans les trois dimensions autour de votre carte. En gardant cela à l'esprit, vous devez tenir compte des éléments suivants :

  • L'isolation des sources de chaleur : Gardez les sous-systèmes générant de la chaleur, tels que l'alimentation, isolés dans votre routage de façon à ce qu'ils n'aient aucun impact sur les autres composants.
  • Les autres circuits imprimés : Il y a de fortes chances que les circuits imprimés avoisinants contiennent des composants qui produisent de la chaleur ou qui y sont sensibles.
  • Les pièces physiques : Les pièces mécaniques, les câbles, et les cadres de montage peuvent absorber et transférer la chaleur de votre circuit imprimé vers d'autres pièces du produit, notamment les pièces avec lesquelles l'utilisateur interagit.
  • Le boîtier : Les concepteurs sont en permanence amenés à réaliser des produits toujours plus petits et compacts. La taille du boîtier contenant les circuits imprimés ne cesse donc de se réduire. Nous sommes tenus de bien réfléchir aux conséquences de ce transfert de la chaleur à partir de notre circuit imprimé. Les espaces plus confinés offrent moins d'opportunités pour le refroidissement par convection et augmentent les risques associés au transfert thermique par conduction vers d'autres zones sensibles.

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Tenez compte de l'espace disponible dans le boîtier de votre circuit imprimé, cela affectera le routage de votre carte

 

Réfléchissez dans un espace en 3D lorsque vous concevez votre circuit imprimé

 

Vous ne concevez pas votre circuit imprimé dans le vide. Vous devez dès le départ réfléchir à votre conception en trois dimensions. Tenez compte de la manière dont vos composants interagiront les uns avec les autres et de leur impact sur l'espace autour du circuit imprimé.

Pour ce faire, je vous recommande de vérifier les spécifications de la conception du produit pour observer le positionnement de votre circuit imprimé dans le produit et les éléments qui sont à proximité. Notez tous les éléments qui pourraient être sensibles à la chaleur avant de commencer votre routage. Ces informations auront une influence sur les premiers choix de conception de votre carte et peuvent vous éviter de devoir corriger le travail ultérieurement, ce qui s'avère toujours plus difficile. Ensuite, vous devez tenir compte du positionnement de votre circuit imprimé à l'intérieur du boîtier. Si l'ajustement est serré, ou si des zones sont restreintes, évitez de placer les composants produisant de la chaleur à des emplacements qui ne permettront pas de dégager cette chaleur.

Si votre moniteur d'ordinateur est toujours fonctionnel (contrairement au mien), vous pouvez envisager d'utiliser les outils de conception inclus dans votre logiciel professionnel de conception de circuits imprimés pour vous en sortir. Nombre d'entre eux, tels que Altium Designer, vous permettent de définir les espacements autour de vos composants et de vérifier qu'ils sont respectés dans la conception. En définissant les espacements pour vos composants produisant de la chaleur ou sensibles à celle-ci, le logiciel devient votre garde-fou. Finalement, vous pouvez tester votre conception avec un simulateur thermique pour faire ressortir les points posant problème d'un point de vue thermique et ajuster votre routage pour y remédier.

 

Gardez vos circuits imprimés froids et réunis

 

La chaleur demeure un des grands défis de la conception de circuits imprimés, et il devient encore plus difficile à relever lorsque les produits deviennent plus compacts. La réflexion et la planification soignées peuvent vous éviter les problèmes liés à la chaleur qui sont difficiles à reproduire, à identifier et à corriger. Personne n'aime voir son écran d'ordinateur tomber en panne. Pire, aucune entreprise n'aime rappeler un produit. Évitez ceci en contactant les experts d'Altium pour obtenir de plus amples informations sur les bonnes pratiques de conception et les outils de conception de circuit imprimé disponibles pour la gestion thermique.

 

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Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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