PCB技術 - 高温耐性に適したPCBについて

デザイナーたちがプリント基板からより多くの性能を押し出していることはよく知られている。電力密度が上昇しており、それに伴う高温は導体や誘電体に深刻な損傷を与える。I 2 R損失によっても環境要因による温度上昇によっても熱抵抗と電気インピーダンスに影響を与え、完全な故障でなくてもシステム性能が不安定になる。導体と誘電体との間の熱膨張率の違い（加熱時の材料の膨張と冷却時の収縮の傾向を測定する）は、特に回路基板の定期的な加熱と冷却時に亀裂と接続障害を引き起こす可能性がある機械的応力を引き起こす可能性がある。温度が十分に高いと、誘電体は構造的完全性を完全に失い、最初のドミノ倒しを苦境に陥れる可能性があります。

熱はPCBの性能に影響を与える要因の一つである。デザイナーはPCBにヒートシンクを入れることに慣れている。しかし、現在の高電力密度設計要件は、従来のPCB熱管理の実践を圧倒することが多い。

高温軽減の影響は高温PCBの性能と信頼性に深い影響を与えるだけでなく、以下の要素にも影響を与える：

コンポーネント（またはシステム）重量

アプリケーション・サイズ

コスト

電源要件

高温PCBは通常、Tg（ガラス転移温度）が170°Cより高いPCBと定義される。

連続熱負荷の場合、Tg 25°C未満の動作温度では、高温PCBは簡単な経験則に従うべきである。

そのため、製品が130℃以上の温度範囲にある場合は、高Tg材料を使用することをお勧めします。

本文は高温PCB製造とPCBAに使用されるいくつかの設計方法と技術を討論して、設計者が高温応用に対応するのを助ける。

PCB放熱技術及び設計考慮

熱は1つ以上のメカニズム（放射、対流、伝導）によって消散し、設計チームはシステムとコンポーネントの温度管理方法を決定する際にこの3つの要素を銘記しなければならない。

重型銅PCB

ふく射

放射線は電磁波の形で放射されるエネルギーである。私たちはそれが発光するだけだと考える傾向がありますが、実際には、絶対零度より高い温度の物体は熱を放射します。放熱は一般的に回路基板の性能に最小の影響を与えるが、ラクダを押しつぶしたわらである可能性がある。効率的に熱を除去するためには、電磁波には比較的明確な熱源から離れた経路があるはずです。反射面は光子の流出を妨げ、その源で大量の光子を再結合する。不幸なことに、反射面が一緒にパラボラミラー効果を形成すると、多くの光源の放射エネルギーを集中させ、システムの不幸な部分に焦点を合わせて、本当のトラブルを引き起こすことになります。

たいりゅう

対流は熱を流体（空気、水など）に伝達する。対流は「自然」です。流体は熱源から熱を吸収し、密度が低下し、熱源から放熱器に上昇し、冷却し、密度が増加し、それから熱源に戻り、それを繰り返します。（小学校の「雨循環」を思い出して）他の対流はファンやポンプによって「強制」されている。対流に影響する重要な要素は、源と冷却剤の温度差、源の熱伝達の難しさ、冷却剤の熱吸収の難しさ、冷却液の流速と熱伝達の表面積である。液体はガスよりも熱を吸収しやすい。

でんどうど

伝導は熱源と放熱器の間の直接接触によって熱を伝達する。多くの態様では、それは電流に似ている：ソースとシンクの間の温度差は電圧に似ており、単位時間伝達の熱はアンペア数に似ており、熱伝導体を流れる熱の難易度は電流に似ている。導電性実際、良好な電気伝導体を構成する因子は、分子または原子運動の形態を表すので、通常、良好な熱伝導体を構成する。例えば、銅とアルミニウムは熱と電気の優れた導体である。大きな導体断面は、熱と電子の導電性を高めることができる。回路のように、長く曲がりくねった流路は導体の効率を著しく低下させる。

一般的に、回路基板から放熱する主なメカニズムは、熱を適切な放熱器に伝導し、対流は熱を環境に伝導することです。熱は直接源からいくつかの熱を放出しますが、大部分の熱は通常、特別に設計されたチャネル（「熱チャネル」または「熱チャネル」と呼ばれる）を通って運ばれます。PCBラジエータは比較的大きく、高い放射率の表面（通常は表面積をさらに増加させるための波形またはフィン）を持ち、銅やアルミニウムなどの導電性裏地と接着する、これは労働集約型のプロセスである。PCBヒートシンクは、その表面積を利用するために、デバイスのシャーシに接続することもできます。ファンは通常、冷却空気の流れを提供するために使用されます。極端な場合、冷却空気自体は気液熱交換器で冷却することができる。