PCB izinin sıcaklık artışını 5/10/20 ° C ile sınırlamanın ortak bilgeliğinin ardında yatan neden nedir?

Bir PCB üzerinde belirli bir miktarda akım taşımak için gereken iz kalınlığına karar verirken, cevap ne kadar sıcaklık artışını kabul etmek istediğinize bağlıdır. Bu, tasarımcıyı ne kadar sıcaklık artışının makul olduğuna karar vermeye çalışırken zor duruma yönlendirir. Genel kurallar, ne kadar muhafazakar olmak istediğinize bağlı olarak 5 ° C, 10 ° C veya 20 ° C'den fazla sıcaklık artışına izin vermektir. Bu rakamlar, 60 + ° C olabilen güç transistörleri, IC'ler, güç dirençleri veya diğer ısı yayıcı bileşenlerin maksimum sıcaklık artışlarına kıyasla oldukça küçük görünmektedir. Bu sayıların ardındaki sebep nedir?

Düşündüğüm olası nedenler:

• PCB malzemelerinin maksimum sıcaklığı. Çoğu FR4 tipi malzeme için bu yaklaşık 130 ° C'dir. 65 ° C'lik çok muhafazakar bir ortam sıcaklığına (chassic içinde) izin bile olsa, bu yine de 65 ° C'lik bir sıcaklık artışına izin verecektir.
• Bileşenlerin daha fazla sıcaklık artışına izin verilmesi. Bir SMT MOSFET, örneğin 80 ° C'lik bir sıcaklık artışı görecek olsaydı, çevre PCB'nin sıcaklığı nedeniyle ortamın 40 ° C üzerinde başlatmak istemezsiniz. Bununla birlikte, bu bir kural için çok fazla duruma özgü gibi görünüyor. Örneğin, ısıyla batırılmış bir delikten geçen MOSFET durumunda, kablo uçlarındaki ısı akışı, ısı emiciden çıkan ısı akışının bir kısmıdır, bu nedenle PCB sıcaklığı büyük bir endişe olmamalıdır. SMT parçaları ile bile, uzunluğunun çoğunluğu için çok fazla ısı kaybeden ince bir izim olabilir, ancak daha sonra bu izi bileşene ulaşmadan genişletebilirim.
• PCB malzemelerinin termal genleşmesi. PCB ısındıkça malzemeler genişler. PCB'nin farklı parçaları farklı miktarlarda ısıya maruz kalırsa, bu, lehim bağlantılarını kırabilen levhanın esnemesine neden olabilir. Bununla birlikte, PCB'lerin, kendilerine monte edilen bileşenlerde güç kaybı nedeniyle düzenli olarak bundan daha yüksek sıcaklık farklarına maruz kalmaları göz önüne alındığında, bu cevap gibi görünmemektedir.
• Eski standartlar. Belki 5/10/20 ° C sınırları yıllar önce düşünülmüş ve artık modern PCB malzemeleri için geçerli değildir, ancak herkes bunları düşünmeden takip etmeye devam etmiştir. Örneğin, belki de eski fenolik levha malzemeler modern fiberglastan daha az ısıya toleranslıdır.

Soruyu başka bir deyişle, tasarımım için 20 ° C'lik bir sıcaklık artışının çok sınırlayıcı olduğunu buldum. Bunun yerine 40 ° C'lik bir sıcaklık artışına izin vermeye karar verirsem, kısa vadeli veya uzun vadeli güvenilirlik sorunlarıyla karşılaşacağım mı?

Bonus, sayılar için bir gerekçe veren standartları belirten veya bu sayıların neden seçildiğine ilişkin tarihsel kanıtları olan herkesi işaret eder.

Akım için sıcaklık artışı da dahil olmak üzere PCB izinin genişliğini tasarlamaya birçok şey girer. Diğerleri voltaj düşüşü, empedans, PCB fab kapasitesi, maliyet, ambalaj yoğunluğudur.

Bununla birlikte, sıcaklık artışı haklı olarak 'aşmayın' özelliklerinden biridir.

Temel kural, çoğu zaman takip etmeniz gereken bir şeydir. Dikkatli hesaplamalar yaparsanız, her zaman daha yüksek artışa izin verilen son vakaları bulabilirsiniz.

Temel kuralın bir yararı, onu takip ederseniz, hesaplamalarınızın çok dikkatli olması gerekmemesidir, zaten kurala yerleştirilmiş büyük bir hata payı vardır.

Sıcaklık artışının tuhaflığı, sadece akımla değil, akım karesiyle orantılı olmasıdır. Bu, belirli bir değer seçmenin önemini azaltır. 20C yükselme sağlayan akım 10C yükselme akımının iki katı değildir, 10C yükselme akımının sadece 1,4 katıdır. 10C yükselme akımını ikiye katlarsak, rahatsız edici derecede sıcak hissetmeye başlayan 40C'lik bir artış elde ederiz.

Neden bir tahta serin çalıştırın? Her türlü iyi sebep. Bileşen soğutması düşük bir ortam gerektirir. Sıcaklık arttıkça bileşen ömrü çok hızlı düşer. Sıcak yerlerde (parlak güneş ışığında bir araba kabininin içinde) çalıştırma marjı iyidir. Hata ayıklama, kızarmış bileşenleri bulmak için parmağınızı devre üzerinde çalıştırın, sıcak izlerle karıştırılırsınız.

Bir kartı serin çalıştırmak için tek bir katil sebep yoktur ve 20C yükselmesine karşı 10C yükselmesini seçmek için hiçbir neden yoktur. Bununla birlikte, birkaç tasarımcı bu 'kuralı' izleyerek engellenmiş hisseder. Sınırı belirleyen şey nadiren. Kendimizi, bazı keyfi sıcaklık artış rakamlarına bağlı kalarak şartnamenin sağlanamayacağı bir köşe durumunda bulursak, ömür boyu ve daha yüksek sıcaklıkların soğutulmasında hangi etkinin neden olacağını görmek için her şeyi heck hesaplar ve test ederiz.

laminer bakır, farklı sıcaklık aralıkları geliştirdiği için direnç için ön test edilmemiştir ve doğrusal olmayan bir direnç seyri gösterecektir. Böyle bir sıcaklık, maksimum sıcaklığın çok uzun süreli kullanım için orijinal pcb diyagramlarını bırakarak katmanların nihai termal yeterliliğine ulaşması için belirtilmiştir ...