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Blogue PCB - Principe de fonctionnement du PCB chaud et froid en céramique

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Blogue PCB - Principe de fonctionnement du PCB chaud et froid en céramique

Principe de fonctionnement du PCB chaud et froid en céramique

2023-06-21
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Author:iPCB

Le domaine d'application des PCB chauds et froids en céramique est progressivement approfondi et joue un rôle important.



Principe de fonctionnement du PCB chaud et froid en céramique

Un module thermoélectrique typique (te) est constitué de deux substrats céramiques pris en sandwich entre plusieurs paires ou paires de feuilles nues d'Antimoniure de bismuth. Les paires de noyaux sont connectées électriquement en série et thermiquement en parallèle entre les céramiques. Un type de céramique est une « surface chaude» et un autre est une « surface froide».


Il est généralement utilisé pour la fabrication de modules te. Ils sont ridés, conducteurs de chaleur et sont d'excellents isolants électriques. En plus de fournir une base solide, la céramique isole les composants électriques à l'intérieur du module des radiateurs du côté chaud et des objets refroidis du côté froid.


La métallisation des céramiques fait partie intégrante de la production de modules thermoélectriques miniaturisés. La métallisation est appliquée sur la céramique pour former une jonction interne entre la colonne bite et le couplage PN à l'intérieur du TEC. Les refroidisseurs thermoélectriques sont courants dans les industries laser et optoélectronique. Dans de nombreuses applications de ce type, il existe des substrats céramiques avec des composants électroniques du client final, tels que des puces LD ou des matrices APD, destinés à être montés sur le côté froid du TEC.


Les Plots de matériau conducteur sont généralement en cuivre, de taille juste suffisante pour accueillir chacune des nombreuses puces tubulaires "appariées" du module connectées à la surface interne de la céramique. Chacun des noyaux de type P et n est connecté électriquement à chaque Plot, avec une disposition différente des plots sur les deux céramiques pour créer un circuit avec des dés qui tournent d'avant en arrière dans le module. Généralement, toutes les mèches sont soudées en place pour renforcer les connexions électriques et maintenir les modules ensemble. La plupart des modules ont un nombre pair de noyaux de type P et n, chacun partageant une interconnexion électrique appelée « paire ».


Bien que les matériaux de type P et de type N soient tous deux des alliages de bismuth et de tellure, ils ont des densités d'électrons libres différentes à la même température. Les dés en forme de P sont composés de matériaux avec un nombre insuffisant d'électrons, tandis que les dés en forme de n sont composés de matériaux avec un excès d'électrons. Lorsque le courant (ampères) circule de haut en bas dans le module, il tente d'établir un nouvel équilibre dans le matériau. On considère actuellement que les matériaux de type P sont des jonctions chaudes nécessitant un refroidissement et que les matériaux de type N sont des jonctions froides nécessitant un chauffage. Comme le matériau est pratiquement à la même température, il en résulte que les extrémités chaudes deviennent plus chaudes et les extrémités froides plus froides. La direction du courant déterminera si une puce particulière est refroidie ou chauffée. En bref, la polarité inversée basculera entre le côté chaud et le côté froid.


Les fils du module sont connectés à des plots (cuivre) sur un PCB en céramique à extrémité chaude. Si le module est scellé, vous pouvez déterminer l'extrémité chaude sans alimentation électrique. Placez le module sur une surface plane et utilisez le fil positif pour pointer le fil vers vous. En général, le fond de la couche isolante droite de la ligne rouge sera le côté chaud.


Avec l'approfondissement progressif de la technologie électronique dans divers domaines d'application, le haut niveau d'intégration des cartes de circuit imprimé est devenu une tendance inévitable. Les modules d'encapsulation hautement intégrés nécessitent une bonne dissipation thermique et des systèmes porteurs, tandis que les matériaux céramiques, avec de bonnes propriétés électriques et à haute fréquence, ainsi qu'une conductivité thermique, une stabilité chimique et une stabilité thermique élevées que les substrats organiques n'ont pas, sont des matériaux d'encapsulation idéaux pour une nouvelle génération de circuits intégrés à grande échelle et de modules d'électronique de puissance. Dans le domaine de l'éclairage LED haute puissance, des matériaux métalliques et céramiques présentant de bonnes propriétés de dissipation thermique sont souvent utilisés pour la préparation de substrats de circuits.


Cependant, en utilisation pratique, le circuit céramique lui - même génère de la chaleur après avoir été connecté au circuit. Travailler à long terme à haute température accélère le vieillissement du circuit et peut également endommager facilement le circuit intégré.


Principe de fonctionnement des PCB refroidis en céramique

Les plaques frigorifiques en céramique sont des dispositifs de refroidissement composés de semi - conducteurs, avec le développement des semi - conducteurs modernes, à savoir l'invention du réfrigérateur, les plaques frigorifiques en céramique ont des applications pratiques.


Le principe de fonctionnement est qu'une alimentation en courant continu fournit l'énergie nécessaire au flux d'électrons. Une fois connecté à l'alimentation, l'électron négatif commence à traverser le semi - conducteur de type P, absorbant la chaleur, puis atteint le semi - conducteur de type N, libérant de la chaleur. Après avoir passé le module NP, la chaleur est transférée d'un côté à l'autre, créant une différence de température qui forme une extrémité froide et une extrémité chaude.


Principe de fonctionnement des PCB chauffés en céramique

Le chauffage en céramique utilise les propriétés électriques et thermiques de matériaux spéciaux pour convertir l'énergie électrique en énergie thermique. À l'intérieur de la puce en céramique se trouve un matériau spécial appelé "thermistance à coefficient de température positif PTC". Un tel matériau peut faire varier la taille de la résistance en fonction des variations de température, ce qui permet une conversion de chauffage électrique. Lorsqu'un courant électrique traverse la Feuille de céramique, il y a un effet thermique sur le matériau, ce qui crée de la chaleur à la surface de la Feuille de céramique et la dissipe dans l'air ambiant. Cet effet thermique est contrôlable et, en ajustant l'amplitude et le temps du courant, la température de surface de la Feuille de céramique peut atteindre une valeur prédéterminée et rester stable.


En outre, la Feuille de céramique a une excellente conductivité thermique, ce qui permet de répartir uniformément la chaleur sur toute la surface, ce qui permet un chauffage uniforme et évite l'apparition de points chauds et froids. En outre, les puces en céramique ont une longue durée de vie, atteignant des dizaines de milliers d'heures ou même plus, et sont sûres et fiables, moins sujettes aux situations dangereuses telles que les fuites.


Les PCB chauffants refroidis en céramique sont déterminés par la direction du courant, commutant entre chaud et froid.