Температура печатной платы:руководство по управлению высокими температурами

В то время как концепция печатных плат имеет определенные основы в своей конструкции, которые остаются неизменными в течение длительного времени, технология, влияющая на печатные платы, быстро изменилась за последние несколько десятилетий. Одна проблема, которая остается неизменной, — это температура печатной платы.

Физическая форма печатной платы состоит из дорожек, отверстий, слоев, сквозных отверстий и паяльных масок. На каждую из этих вещей может повлиять температура печатной платы.

Эффект снежного кома проблем может возникнуть, если температура печатной платы растет линейно. Если флажок не установлен, это негативно повлияет на производительность печатной платы.

В этой статье представлен обзор конструкции высокотемпературных плат и способов микроуправления температурами.

1. Причины высокой температуры печатной платы

Первый шаг в микроуправлении чем бы то ни было — определить источник необходимого микроуправления. Температура печатной платы не является исключением, и поскольку печатные платы используют тепло для работы, сначала необходимо определить причину высокой температуры печатной платы.

Высокая температура печатной платы может привести к проблемам с производительностью. Когда токи через печатную плату слишком велики, температура будет повышаться.

Есть три контрольных признака этой аномалии.

Рассеивание компонентов

Это первый признак того, что температура в печатной плате слишком высока. Здесь следует помнить, что тепло, выделяемое компонентом, прямо пропорционально току нагрузки, протекающему через указанный компонент.

В этом конкретном случае рассеивание компонентов происходит, когда один компонент печатной платы не генерирует мощность, которую он обычно генерирует. Это приводит к тому, что другие элементы создают больше энергии, чем обычно, чтобы сбалансировать рассеивающий компонент.

Если ток, протекающий через резистор, непостоянен, конденсатор и другие основные компоненты печатной платы будут нести более значительный заряд, чем обычно, для компенсации.

Сквозное отверстие

Одной из наиболее распространенных вещей, которые обеспечивают питание компонента, является радиатор. Компоненты радиатора также известны как сквозные компоненты.

Эти компоненты выделяют тепло, рассеивая тепло в воздухе. Радиатор делает это возможным, и один из способов микроуправления температурой печатной платы — проверить правильность пайки радиатора.

Если другой компонент на печатной плате мешает сквозным отверстиям или радиаторам, это приведет к тому, что другие функции будут работать сверхурочно, выделяя больше тепла, чем необходимо.

SMD-компоненты

SMD означает «устройство для поверхностного монтажа». Он подключается к печатной плате точно так же, как сквозной компонент, и обеспечивает более плавное прохождение токов между сквозными отверстиями и компонентами радиатора.

Что касается поддержания температуры печатных плат, одна из наиболее распространенных проблем, с которыми можно столкнуться, связана с положением компонентов сквозного отверстия на печатной плате относительно компонентов SMD.

Если они находятся слишком далеко, может потребоваться слишком много времени для передачи энергии к этим компонентам и от них. Это может привести к тому, что части останутся холодными слишком долго, что приведет к перегреву других членов. Если они расположены слишком близко друг к другу, температура будет необычно высокой.

Большая часть этой информации поступает от WellPCB, организации, которая специализируется на изучении новых способов микроуправления температурой печатных плат.

2. Каналы передачи температуры печатной платы

Общим для температуры является то, что она никогда не бывает статической. Температуры обычно никогда не остаются прежними. Он знает об этом, а также о нескольких каналах передачи температуры печатных плат.

На температуру влияет множество способов, и один из способов микроуправления как общей температурой вашей печатной платы, так и компонентов печатной платы заключается в том, чтобы знать не только об этих каналах, но также и о том, какие части печатной платы используют какой канал.

Радиация

Когда люди говорят о тепловой энергии в виде электромагнитных волн, они имеют в виду излучение. Излучаемое тепло обычно генерируется пассивно, а это означает, что вы не можете напрямую снизить или повысить температуру с помощью излучения.

Излучаемое тепло практически не влияет на температуру печатной платы.

В то же время, это также канал, о котором вам, вероятно, следует беспокоиться больше всего. Это связано с тем, что на температуру печатных плат также влияет тепловая энергия.

Когда дело доходит до температуры, нет ничего действительно незначительного. Подумайте, что произойдет, если самолет отклонится от курса всего на один градус. Если это произойдет, он приземлится в другом месте, чем планировалось, независимо от того, насколько коротким может быть расстояние.

Температура печатной платы работает таким же образом. Если печатная плата должна находиться при температуре 30 градусов Цельсия для оптимального функционирования, но остается при 32 градусах в течение очень долгого времени, результаты будут нежелательными.

Несмотря на то, что не существует способа микроуправления излучаемым теплом напрямую, можно косвенно микроуправлять излучаемым теплом. Один из способов сделать это — находиться в среде с постоянной температурой при сборке и производстве печатных плат.

Конвекция

Конвекция происходит, когда тепло передается жидкостям или воздуху. В отличие от излучения, конвекция является полностью прямой и сильно влияет на общую температуру печатной платы.

Самый известный пример конвекции — это приготовление пищи. В конце концов, почти все печи являются конвекционными. Тепло от духовки передается воздуху, что позволяет ему нагревать вещи.

«Приготовление» также имеет место, когда речь идет о материалах ПХД, и точно так же, как важно знать свою температуру при приготовлении пищи на кухне, также необходимо знать свою температуру при нагревании материалов ПХД.

Проведение

Наиболее прямой формой канала передачи температуры является теплопроводность. При теплопроводности тепло передается между источником тепла и радиатором.

Наиболее ярким примером этого является удар молнии во что-то металлическое или жидкое. В этих примерах источником тепла является молния, а поглотителем тепла является жидкость или металл.

Знание того, какие компоненты вашей печатной платы функционируют как источники тепла, а какие части печатной платы — как радиаторы, — отличный способ определить, когда стоит решить, какие типы токов могут выдерживать компоненты.

3. Допуск температуры печатной платы

У производителей печатных плат также возникают проблемы с перегревом компонентов печатных плат, потому что они не нашли время, чтобы узнать, какие температуры может выдерживать материал.

Просто знать это и составлять список — это то, что должен делать каждый производитель. Очень полезно и во многих случаях необходимо иметь под рукой список, показывающий, насколько горячим может быть каждый материал.

Например, панели печатных плат содержат материал под названием FR-4, который может выдерживать температуры от 90 до 110 градусов по Цельсию. Поэтому при подготовке печатной платы из материалов FR-4 следует учитывать любые токи, связанные с этим материалом, которые могут превышать 110 градусов Цельсия.

Знание температур панелей печатных плат, которые вы планируете производить, является одним из наиболее важных аспектов микроуправления температурой печатных плат, но также и одним из наиболее упускаемых из виду аспектов.

4. Как измерить температуру печатной платы

Важно понимать, какие температуры могут выдерживать материалы, из которых изготовлена ​​ваша печатная плата. Также необходимо знать, как тепло передается между компонентами печатной платы.

Знание этих вещей поможет вам контролировать общую температуру печатной платы на микроуровне. Еще одна вещь, которую полезно знать, это как измерять температуру печатной платы.

В данном случае измерение не означает проверку отображаемой температуры окружающей среды.

Вместо этого он относится к измерению того, как температура увеличивается и уменьшается. Знание этих процессов — один из самых точных методов измерения общей температуры печатной платы.

Есть несколько вещей, которые вам нужно определить, прежде чем измерять температуру печатной платы таким образом. Это первичный источник тепла и датчик температуры. Именно так вырабатывается большая часть тепла и протекает большая часть токов.

Следующее, что нужно сделать, это найти контакт GND источника тепла. Обычно он подключается к подложке источника тепла.

После этого вы можете измерить температуру печатной платы, выполнив следующие три действия:

Использование общей заземляющей пластины между датчиком температуры и источником тепла.

Вы подключаете контакты GND всех датчиков температуры к заземлению источника тепла.

Вы держите датчик температуры и источник тепла достаточно близко друг к другу на печатной плате.

Это позволит вам точно и последовательно отслеживать общую температуру печатной платы и основного источника тепла.

5. Результаты, вызванные чрезмерной температурой печатной платы

Одно дело – знать, как точно и адекватно измерять температуру печатных плат. Но что происходит, когда компоненты и материалы печатной платы сильно нагреваются?

Чрезмерные температуры разрушат целостность слоя.

Что происходит, когда что-то становится необычно горячим или холодным? Они расширяются и сжимаются соответственно.

ПХД ничем не отличаются. Слои печатной платы чувствительны к температуре. Чрезмерные температуры деформируют длину, ширину и толщину любого слоя печатной платы, если они не подвергаются микроуправлению.

Возвращаясь к примеру с конвекцией в главе 2, это похоже на оставление пищи в микроволновой печи на слишком долгое время, в результате чего продукт внутри взрывается.

То же самое происходит со слоями печатной платы, если они перегреваются.

Тепловая энергия расширяет большинство веществ, изменяя их.

Вещества расширяются при перегреве, каким-то образом изменяя свою форму.

Схемные материалы не освобождаются от этого. Высокие температуры могут и будут изменять форму линий перехода в этих материалах схемы. Когда это произойдет, это изменит размеры самих материалов схемы.

Это приведет к прямым потерям, искажениям и частотным сдвигам внутрисхемных материалов.

Материалы расширяются с разной скоростью.

Материалы в печатной плате будут расширяться не только при высоких температурах, но и с разной скоростью.

Поверхность печатной платы состоит либо из диэлектрических слоев, либо из проводящих металлических слоев. Эти слои расширяются до разных пределов с разной скоростью. Эти различия не просто отделены от диэлектрических и проводящих. Нет одинаковых диэлектрических или проводящих слоев.

Одна из самых распространенных ошибок, которую может совершить любой производитель печатных плат, — это смешение этих двух слоев. Обязательно найдите время, чтобы узнать, с каким слоем вы работаете.

Пайка плат требует разных температур.

Сварка и пайка необходимы всем, кто хочет производить, тестировать и производить печатные платы.

Знать, при каких температурах работать при сварке и пайке, должен знать любой сотрудник фирмы по производству печатных плат, даже если он не занимается непосредственно сваркой и пайкой каких-либо материалов.

6. Выбор подходящих материалов для печатных плат

Еще один способ микроуправления и правильной установки температуры для печатных плат — это выбор подходящих материалов для пластин. Выбор неправильных материалов значительно усложнит управление этими температурами на микроуровне.

Самый распространенный материал для печатной платы называется FR-4. Любой, кто только начинает работать с WellPCB. Мы предоставим вам комплексное обслуживание и высококачественную продукцию. Вы можете отправить нам необходимые документы и сразу же получить предложение! Что мы ждем? У нас десять лет производства печатных плат или кто хочет минимизировать риски, должен выбрать этот материал. Общее мнение о материалах FR-4 заключается в том, что они хорошо противостоят температурам.

Два других материала менее распространены, чем FR-4, это полиимид и RF. Хотя эти два материала не выдерживают температуры и FR-4, они обладают другими свойствами, которых нет у материалов FR-4.

В этом списке содержится большая часть необходимой вам информации об этих материалах в отношении их конкретных температурных характеристик.

Вы можете просмотреть весь список здесь:https://bayareacircuits.com/material-library/.

7. Методы снижения температуры печатной платы

Наконец, пришло время изучить способы снижения температуры печатных плат. Их можно применить к любому материалу любой печатной платы.

Радиаторы

Части, материалы и компоненты печатных плат выделяют тепло. Надлежащий радиатор рассеивает это тепло, позволяя управлять теплом на микроуровне.

Охлаждающие вентиляторы

Почти в каждом электронном устройстве есть вентилятор, но многие не понимают, для чего он нужен.

Будь то часть полностью готового электронного устройства или часть WellPCB, мы предоставим вам комплексное обслуживание и высококачественную продукцию. Вы можете отправить нам необходимые документы и сразу же получить предложение! Что мы ждем? У нас есть десять лет устройств для производства печатных плат; цель охлаждающего вентилятора - выпустить горячий воздух из устройства, впуская в него холодный воздух.

Более толстые пластины требуют большей мощности для достижения высоких температур.

Толщина пластины является одним из наиболее запутанных вопросов, с которыми производители сталкиваются при работе с температурами печатных плат.

В то время как более толстые пластины требуют больше энергии для достижения более высоких температур, чем более полноценным является блюдо, тем меньше оно сопротивляется. Это может замедлить температуру. Эта аномалия позволяет использовать еще один метод контроля температуры печатных плат.

Вопросы интеграции тепловых труб

Какова основная цель любой данной трубы? Это должно организовать поток любого данного вещества.

Это также верно при микроконтроле температуры печатных плат, поскольку жидкости, участвующие в производстве печатных плат, могут поглощать тепло, испаряться, а затем снова конденсироваться в жидкость.

Такой процесс позволяет вам продолжать работу с любыми материалами и компонентами, с которыми вам нужно работать, в то же время автоматически управляя температурой на микроуровне.

Заключение и резюме

Если вы обладаете острым вниманием к деталям и хорошо информированы, нетрудно понять причины и решения, связанные с температурой печатной платы. Дополнительную информацию также можно найти в архивах статей WellPCB.

Есть много вещей, которым нужно научиться, когда дело доходит до микроуправления температурами печатных плат, и ключ к этому — быть терпеливым и последовательным. Овладение искусством управления температурой печатных плат требует времени, и подобные руководства призваны сэкономить много времени.

WellPCB специализируется на правильном поставщике услуг печатных плат. К счастью, уже некоторое время существуют различные области производства печатных плат. Мы стремимся предоставлять информацию другим производителям печатных плат и предоставлять лучшие материалы, компоненты и услуги для обоих.