PCB-temperatuur:een gids voor het omgaan met hoge temperaturen

Hoewel het concept van de PCB bepaalde basisprincipes in zijn ontwerp heeft die lange tijd onveranderd zijn gebleven, is een technologie die van invloed is op PCB's de afgelopen decennia snel veranderd. Een probleem dat constant blijft, is het probleem van de PCB-temperatuur.

De fysieke vorm van een PCB bestaat uit sporen, gaten, lagen, doorgaande gaten en soldeermaskers. Elk van deze dingen kan worden beïnvloed door de PCB-temperatuur.

Een sneeuwbaleffect van problemen kan optreden als de PCB-temperatuur lineair stijgt. Als dit niet is aangevinkt, heeft dit een negatieve invloed op de prestaties van de printplaat.

Dit artikel geeft een overzicht van het ontwerp van hoge-temperatuurborden en hoe temperaturen microbeheerd kunnen worden.

1. Oorzaken van hoge PCB-temperatuur

De eerste stap bij het micromanagen van iets is het opsporen van de bron van het benodigde micromanagement. PCB-temperatuur is geen uitzondering, en aangezien PCB's warmte gebruiken om te functioneren, is het eerst nodig om de oorzaak van de hoge temperatuur van de PCB te bepalen.

Hoge PCB-temperaturen kunnen leiden tot prestatieproblemen. Wanneer de stromen in een PCB te sterk zijn, zullen de temperaturen stijgen.

Er zijn drie veelbetekenende tekenen van deze anomalie.

Verstrekking van componenten

Het is het eerste teken dat de temperatuur in een printplaat te hoog oploopt. Een ding om te onthouden is dat de warmte die door een component wordt gegenereerd, recht evenredig is met de belastingsstroom die door de genoemde component stroomt.

In dit specifieke geval treedt dissipatie van componenten op wanneer een component van de PCB niet het soort stroom genereert dat het gewoonlijk genereert. Het zorgt ervoor dat andere functies meer energie creëren dan normaal om de dissiperende component in evenwicht te brengen.

Als de stroom die door een weerstand gaat inconsistent is, zullen de condensator en andere belangrijke componenten van de printplaat een grotere lading dragen dan normaal om te compenseren.

Door het gat

Een van de meest voorkomende dingen die een onderdeel van stroom voorzien, is het koellichaam. Koellichaamcomponenten worden ook wel through-hole componenten genoemd.

Deze componenten genereren warmte door warmte in de lucht af te voeren. Het koellichaam maakt dit mogelijk, en een manier om PCB-temperaturen hier micromanagen, is om te zien of het koellichaam correct is gesoldeerd.

Als een ander onderdeel op de printplaat doorlopende gaten of koellichamen verstoort, zullen de andere functies overuren maken om meer warmte te genereren dan nodig is.

SMD-componenten

SMD staat voor 'surface-mount device'. Het is verbonden met een PCB, net als een component met een doorlopende opening, en zorgt ervoor dat stromen soepeler kunnen verlopen tussen de componenten met doorgaande gaten en het koellichaam.

Wat betreft het handhaven van PCB-temperaturen, is een van de meest voorkomende problemen die men kan tegenkomen de positie van de doorlopende componenten op de PCB ten opzichte van de SMD-componenten.

Als ze te ver weg zijn, kan het te lang duren voordat de stroom van en naar deze componenten reist. Het kan ertoe leiden dat de onderdelen te lang koel blijven, waardoor andere leden oververhit raken. Als ze te dicht bij elkaar staan, zal de temperatuur ongewoon hoog zijn.

Veel van deze informatie is afkomstig van WellPCB, een organisatie die gespecialiseerd is in het verkennen van nieuwe manieren om PCB-temperaturen te micromanagen.

2. PCB-temperatuuroverdrachtskanalen

Een gemeenschappelijk ding over temperatuur is dat ze nooit statisch zijn. Temperaturen blijven over het algemeen nooit hetzelfde. Het is hiervan op de hoogte, evenals meerdere kanalen van PCB-temperatuurtransmissie.

De temperatuur wordt op veel manieren beïnvloed, en een van de manieren waarop u zowel de algemene temperatuur in uw PCB als de componenten van de PCB kunt micromanagen, is niet alleen te weten over deze kanalen, maar ook door welke delen van de PCB welk kanaal gebruiken.

Straling

Wanneer mensen verwijzen naar thermische energie in de vorm van elektromagnetische golven, hebben ze het over straling. Stralingswarmte wordt meestal passief opgewekt, wat betekent dat je de temperatuur niet direct kunt verlagen of verhogen door straling.

Stralingswarmte heeft een bijna verwaarloosbaar effect op de PCB-temperatuur.

Tegelijkertijd is het ook het kanaal waar u zich waarschijnlijk het meest zorgen over moet maken. Dit komt omdat PCB-temperaturen ook worden beïnvloed door thermische energie.

Als het op temperatuur aankomt, is niets echt te verwaarlozen. Bedenk wat er zou gebeuren als een vliegtuig slechts één graad uit koers zou bewegen. Als dit gebeurt, zal het op een andere locatie landen dan gepland, hoe kort de afstand ook zou kunnen zijn.

PCB-temperaturen werken op dezelfde manier. Als een PCB een temperatuur van 30 graden Celsius moet hebben om optimaal te kunnen functioneren, maar heel lang op 32 graden blijft, zijn de resultaten niet wenselijk.

Hoewel er geen manier is om stralingswarmte direct te micromanagen, is het wel mogelijk om stralingswarmte indirect te micromanieren. In een omgeving zijn met een constante temperatuur bij het bouwen en vervaardigen van PCB's is een manier om dit te doen.

Convectie

Convectie vindt plaats wanneer warmte wordt overgedragen aan vloeistoffen of lucht. In tegenstelling tot straling is convectie volledig direct en heeft het een krachtig effect op de algehele PCB-temperatuur.

Het bekendste voorbeeld van convectie is wanneer je iets kookt. Bijna alle ovens zijn immers convectieovens. De warmte van de oven wordt overgedragen aan de lucht, waardoor deze dingen kan opwarmen.

"Koken" vindt ook plaats als het gaat om PCB-materialen, en net zoals het essentieel is om uw temperaturen te kennen bij het bereiden van voedsel in een keuken, is het ook noodzakelijk om uw temperaturen te kennen bij het verwarmen van PCB-materialen.

Geleiding

De meest directe vorm van temperatuuroverdrachtskanaal is geleiding. Bij geleiding wordt warmte overgedragen tussen een warmtebron en een koellichaam.

Het krachtigste voorbeeld hiervan is wanneer de bliksem inslaat op iets metaalachtigs of vloeibaars. In deze voorbeelden is de warmtebron bliksem en is het koellichaam vloeibaar of metaalachtig.

Weten welke componenten van uw PCB als warmtebronnen fungeren en welke delen van de PCB als koellichamen fungeren, is een uitstekende manier om te bepalen wanneer het een goed idee is om te beslissen welke soorten stroomcomponenten kunnen weerstaan.

3. PCB-temperatuurtolerantie

PCB-fabrikanten hebben ook problemen met oververhitting van componenten in PCB's omdat ze niet de tijd hebben genomen om te leren welke soorten temperaturen materiaal kan weerstaan.

Gewoon dit weten en een lijst maken is iets dat elke fabrikant zou moeten doen. Het is erg handig en in veel gevallen noodzakelijk om een ​​lijst bij de hand te hebben die aangeeft hoe heet elk materiaal kan worden.

De PCB-panelen bevatten bijvoorbeeld een materiaal genaamd FR-4, dat bestand is tegen temperaturen tot 90 tot 110 graden Celsius. Daarom moet u bij het voorbereiden van een PCB met FR-4-materialen rekening houden met stromen die met dit materiaal te maken hebben en die 110 graden Celsius kunnen overschrijden.

Weten wat voor soort temperaturen de panelen van de PCB's die u van plan bent te vervaardigen, is een van de meest kritische aspecten van het micromanagen van de temperatuur van een PCB, maar ook een van de meest over het hoofd gezien.

4. PCB-temperatuur meten

Het is essentieel om te begrijpen welke soorten temperaturen uw PCB-paneelmaterialen kunnen weerstaan. Het is ook nodig om te weten hoe warmte wordt overgedragen tussen de componenten van de printplaat.

Als u deze dingen kent, kunt u uw algehele PCB-temperatuur micromanagen. Een ander ding dat goed is om te weten, is hoe je de PCB-temperatuur kunt meten.

Meten betekent in dit geval niet het controleren van de weergegeven omgevingstemperaturen.

Het verwijst in plaats daarvan naar het meten hoe de temperatuur stijgt en daalt. Het kennen van deze processen is een van de meest nauwkeurige methoden om de algehele PCB-temperatuur te meten.

Er zijn een paar dingen die u moet identificeren voordat u de PCB-temperatuur op deze manier meet. Dit zijn de primaire warmtebron en de temperatuursensor. Het is hoe de meeste warmte wordt gegenereerd en waar de meeste stromingen plaatsvinden.

Het volgende dat u moet doen, is de GND-pin van de warmtebron vinden. Het is meestal verbonden met het substraat van de warmtebron.

Hierna kunt u de PCB-temperatuur meten door deze drie dingen te doen:

Een gemeenschappelijk aardingsvlak gebruiken tussen de temperatuursensor en de warmtebron.

Je verbindt de GND-pinnen van alle temperatuursensoren met het grondvlak van de warmtebron.

Je houdt de temperatuursensor en warmtebron redelijk dicht bij elkaar op de print.

Als u dit doet, kunt u nauwkeurig en consistent de globale temperatuur van de PCB en de primaire warmtebron volgen.

5. Resultaten veroorzaakt door te hoge PCB-temperatuur

Weten hoe je PCB-temperaturen nauwkeurig en adequaat kunt meten, is één ding. Maar wat gebeurt er als de componenten en materialen van een PCB te heet worden?

Overmatige temperaturen zullen de integriteit van de laag vernietigen.

Wat gebeurt er als iets ongewoon warm of koud wordt? Ze zetten uit en krimpen respectievelijk in.

PCB's zijn niet anders. De lagen van de printplaat zijn temperatuurgevoelig. Overmatige temperaturen zullen de lengte, breedte en dikte van elke PCB-laag vervormen als ze niet worden gemicromanaged.

Terugkomend op het voorbeeld van convectie in hoofdstuk 2, dit is vergelijkbaar met het te lang in de magnetron laten staan ​​van voedsel, waardoor het voedsel binnenin explodeert.

Iets soortgelijks gebeurt met PCB-lagen als ze oververhit raken.

Thermische energie zet de meeste stoffen uit en verandert ze.

Stoffen zetten uit bij oververhitting, waardoor hun vorm op de een of andere manier verandert.

Circuitmaterialen zijn hiervan niet vrijgesteld. Hoge temperaturen kunnen en zullen de vorm van de overgangslijnen in deze circuitmaterialen veranderen. Wanneer dit gebeurt, zullen de afmetingen van de circuitmaterialen zelf veranderen.

Het zal resulteren in rechte verliezen, vervorming en frequentieverschuivingen in-circuit materialen.

Materialen groeien met verschillende snelheden.

Materialen in een PCB zetten niet alleen uit bij hoge temperaturen, maar ze zetten ook met verschillende snelheden uit.

Het oppervlak van een PCB bestaat uit diëlektrische lagen of geleidende metaallagen. Deze lagen breiden zich uit tot verschillende limieten met verschillende snelheden. Deze verschillen staan ​​niet alleen los van diëlektrisch en geleidend. Geen enkele diëlektrische of geleidende laag is gelijk.

Een van de meest voorkomende fouten die elke PCB-fabrikant kan maken, is het verwarren van deze twee lagen. Zorg ervoor dat u de tijd neemt om te weten met welke laag u werkt.

Boardsolderen vereist verschillende temperaturen.

Lassen en solderen is een noodzakelijke vaardigheid voor iedereen die PCB's wil produceren, testen en vervaardigen.

Weet met wat voor soort temperaturen te werken bij het lassen en solderen is iets dat iedereen in een PCB-productiebedrijf moet weten, zelfs als ze niet direct betrokken zijn bij het lassen en solderen van materialen.

6. De juiste PCB-materialen kiezen

Een andere manier om de temperaturen voor PCB's te micromanagen en correct in te stellen, is door de juiste materialen voor de platen te kiezen. Het kiezen van de verkeerde materialen zal het veel ingewikkelder maken dan het zou moeten zijn om deze temperaturen te micromanagen.

Het meest voorkomende materiaal voor een printplaat is FR-4. Iedereen die net begint in WellPCB. Wij bieden u een one-stop-service en hoogwaardige producten. U kunt ons de benodigde documenten opsturen en direct een offerte ontvangen! Waar wachten we op? We hebben tien jaar PCB-productie of die risico's willen minimaliseren, moeten dit materiaal kiezen. Een rode draad over FR-4 materialen is dat ze goed bestand zijn tegen temperaturen.

Twee andere materialen zijn niet zo gebruikelijk als FR-4, en dit zijn polyimide en RF. Hoewel deze twee niet bestand zijn tegen temperaturen en FR-4, hebben ze andere eigenschappen die FR-4-materialen niet hebben.

Deze lijst bevat de meeste informatie die u nodig heeft over deze materialen met betrekking tot hun specifieke temperatuurcapaciteiten.

Je kunt de hele lijst hier bekijken:https://bayareacircuits.com/material-library/.

7. Methoden om de PCB-temperatuur te verlagen

Ten slotte is het tijd om manieren te onderzoeken om PCB-temperaturen te verlagen. Deze kunnen worden toegepast op elk materiaal van elke PCB.

Koellichamen

Onderdelen, materialen en componenten van PCB's genereren allemaal warmte. Een goed koellichaam zal deze warmte afvoeren, waardoor de warmte op microniveau kan worden beheerd.

Koelventilatoren

Bijna elk elektronisch apparaat bevat een ventilator, maar velen begrijpen niet wat het doel is.

Of het nu gaat om een ​​volledig voltooid elektronisch apparaat of om een ​​WellPCB, wij bieden u one-stop-service en hoogwaardige producten. U kunt ons de benodigde documenten opsturen en direct een offerte ontvangen! Waar wachten we op? We hebben tien jaar PCB-productieapparaten; het doel van een koelventilator is om warme lucht uit het apparaat te laten terwijl er koele lucht in komt.

Dikkere platen hebben meer vermogen nodig om hoge temperaturen te bereiken.

Plaatdikte is een van de meer verwarrende problemen waarmee fabrikanten worden geconfronteerd bij het omgaan met PCB-temperaturen.

Terwijl dikkere platen meer kracht nodig hebben om hogere temperaturen te bereiken, is het zo dat hoe uitgebreider een gerecht is, hoe minder weerstand het biedt. Het kan de temperatuur vertragen. Deze anomalie maakt nog een andere methode mogelijk om PCB-temperaturen te regelen.

Overwegingen voor integratie van warmtepijpen

Wat is het primaire doel van een bepaalde pijp? Het is om de stroom van een bepaalde stof te organiseren.

Het is ook waar bij micromanagen van de PCB-temperatuur, aangezien vloeistoffen die betrokken zijn bij de productie van PCB's warmte kunnen absorberen, verdampen en vervolgens weer condenseren tot vloeistof.

Met dit soort processen kunt u blijven werken met alle materialen en componenten waarmee u moet werken, terwijl u tegelijkertijd de betrokken temperaturen automatisch micromanagt.

Conclusie en samenvatting

Als je een scherp oog voor detail hebt en goed geïnformeerd bent, is het niet moeilijk om de oorzaken en oplossingen rond PCB-temperatuur te begrijpen. Aanvullende informatie is ook te vinden in de artikelarchieven van WellPCB.

Er zijn veel dingen te leren als het gaat om het micromanagen van PCB-temperaturen, en de sleutel om dit te doen is geduldig en consistent te zijn. Het beheersen van de kunst van het beheren van PCB-temperaturen kost tijd, en handleidingen zoals deze zijn ontworpen om veel te besparen.

WellPCB heeft zich gespecialiseerd in de juiste PCB-serviceprovider. Gelukkig zijn er al geruime tijd verschillende PCB-productiegebieden. We zijn toegewijd aan het verstrekken van informatie aan andere PCB-fabrikanten en het leveren van de beste materialen, componenten en diensten voor beide.