Teknik PCB - Tentang jenis PCB yang sesuai untuk tahan suhu tinggi

Seperti yang kita semua tahu, para desainer menekan lebih banyak prestasi dari papan sirkuit cetak. Kepadatan kuasa meningkat, dan suhu tinggi yang berikutnya boleh menyebabkan kerosakan berat kepada konduktor dan dielektrik. Suhu meningkat sama ada disebabkan kehilangan I2R atau faktor persekitaran-akan mempengaruhi resistensi panas dan impedance elektrik, yang menyebabkan prestasi sistem tidak stabil, walaupun ia bukan gagal lengkap. Perbezaan kadar pengembangan panas diantara konduktor dan dielektrik (ukuran kecenderungan bahan untuk mengembangkan apabila dipanas dan berkontrak apabila dibekukan) boleh menyebabkan tekanan mekanik, yang boleh menyebabkan pecahan dan kegagalan sambungan, terutama apabila papan sirkuit secara peribadi dipanas dan dibekukan. Jika suhu cukup tinggi, dielektrik mungkin kehilangan integriti strukturnya, meninggalkan domino pertama dalam masalah.

Panas selalu menjadi faktor yang mempengaruhi prestasi PCB. Penjana biasa termasuk sink panas dalam PCB. Namun, keperluan desain kuasa tinggi pada hari ini sering melebihi praktek pengurusan suhu tradisional PCB.

Melemahkan kesan suhu tinggi tidak hanya mempunyai kesan mendalam pada prestasi dan kepercayaan PCB suhu tinggi, tetapi juga pada faktor berikut:

Berat komponen (atau sistem)

Saiz aplikasi

kosong

Keperlukan kuasa

Suhu PCB tinggi biasanya ditakrif sebagai satu dengan suhu Tg (suhu transisi kaca) lebih tinggi dari 170°C.

Untuk muatan panas terus menerus, pada suhu operasi di bawah Tg 25°C, PCB suhu tinggi patut mengikut peraturan sederhana.

Oleh itu, jika produk anda berada dalam julat suhu 130°C atau lebih tinggi, ia dicadangkan untuk menggunakan bahan Tg tinggi.

Dalam artikel ini, kita akan membincangkan beberapa kaedah dan teknik desain yang digunakan dalam penghasilan PCB suhu tinggi dan PCBA untuk membantu desainer mengatasi aplikasi suhu tinggi.

Teknologi penyebaran panas PCB dan pertimbangan rancangan

Panas tersebar melalui satu atau lebih mekanisme (radiasi, konveksi, kondukti), dan pasukan desain mesti menjaga tiga faktor ini dalam fikiran apabila memutuskan bagaimana untuk mengendalikan suhu sistem dan komponen.

PCB tembaga berat

radiasi

Radiasi adalah emisi tenaga dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Kita cenderung memikirkannya sebagai sesuatu yang hanya mengeluarkan cahaya, tetapi faktanya ialah bahawa mana-mana objek dengan suhu di atas sifar mutlak radiasi panas. Walaupun panas biasanya hilang mempunyai kesan yang paling sedikit pada prestasi papan sirkuit, kadang-kadang ia mungkin straw yang memecahkan punggung unta. Untuk menghapuskan panas secara efektif, gelombang elektromagnetik patut mempunyai laluan relatif jelas jauh dari sumber. Permukaan reflektif mengecewakan aliran foton dan mengumpulkan semula sejumlah foton besar di sumbernya. Jika ia malang bahawa permukaan reflektif bersama-sama membentuk kesan cermin parabolik, mereka akan berkonsentrasi tenaga bersinar banyak sumber cahaya dan fokus pada bahagian yang malang sistem, menyebabkan masalah yang sebenar.

konveksi

Penyesuaian memindahkan panas ke cairan (udara, air, dll.). Penyesuaian adalah "semulajadi": cairan menyerap panas dari sumber panas, menurun dalam densiti, naik dari sumber panas ke radiator, sejuk, meningkat dalam densiti, kemudian kembali ke sumber panas, kemudian mengulangi proses. (Ingat semula "siklus hujan" di sekolah asal) Sambungan lain "dipaksa" oleh peminat atau pompa. Faktor-faktor utama yang mempengaruhi konveksi ialah perbezaan suhu antara sumber dan pendingin, kesukaran sumber untuk memindahkan panas, kesukaran pendingin untuk menyerap panas, kadar aliran pendingin, dan kawasan permukaan untuk memindahkan panas. Liquid menyerap panas lebih mudah daripada gas.

Keselamatan

Conduction adalah pemindahan panas melalui kenalan langsung antara sumber panas dan sink panas. Dalam banyak cara, ia sama dengan arus elektrik: perbezaan suhu antara sumber dan sink adalah sama dengan tekanan, panas dipindahkan per unit masa adalah sama dengan amperage, dan kemudahan dengan mana panas mengalir melalui konduktor panas adalah sama dengan arus elektrik. Keselamatan. Malah, faktor yang membentuk konduktor elektrik yang baik sering juga membentuk konduktor panas yang baik, kerana mereka semua mewakili bentuk gerakan molekul atau atom. Contohnya, tembaga dan aluminum adalah konduktor panas dan listrik yang baik. Saluran konduktor yang lebih besar boleh meningkatkan konduktiviti panas dan elektron. Sama seperti sirkuit elektrik, laluan aliran panjang dan menyeksa boleh mengurangi keefektivitas konduktor.

Secara umum, mekanisme utama untuk menghapuskan panas dari papan sirkuit adalah untuk mengadakan panas ke sink panas yang sesuai, dan konveksi mengadakan panas ke persekitaran. Panas radiasi beberapa panas langsung dari sumber, tetapi kebanyakan panas biasanya diambil melalui saluran yang direka khusus (dipanggil "laluan panas" atau "laluan panas"). Pesawat panas PCB adalah relatif besar dan mempunyai permukaan emissiviti tinggi (biasanya terkorugasi atau dipenuhi untuk meningkatkan lebih lanjut permukaan), terikat dengan sokongan konduktif (seperti tembaga atau aluminum), yang merupakan proses yang memaksa kerja. Tengkeram panas PCB juga boleh disambung ke chassis peranti untuk menggunakan kawasan permukaannya. Peminat biasanya digunakan untuk menyediakan aliran udara sejuk. Dalam kes-kes ekstrim, udara sejuk sendiri boleh sejuk dalam penyukar panas gas-cair.