Jakie jest uzasadnienie powszechnej mądrości ograniczania wzrostu temperatury śladu PCB do 5/10/20 ° C?

Przy podejmowaniu decyzji o grubości śladu wymaganej do przeniesienia określonej ilości prądu na płytkę drukowaną, odpowiedź zależy od tego, jaki wzrost temperatury jesteś gotów zaakceptować. Prowadzi to projektanta do trudnej sytuacji, aby zdecydować, jaki wzrost temperatury jest rozsądny. Powszechnie stosowanymi regułami jest dopuszczanie wzrostu temperatury o nie więcej niż 5 ° C, 10 ° C lub 20 ° C, w zależności od tego, jak konserwatywny chcesz być. Liczby te wydają się niezwykle małe w porównaniu do maksymalnego wzrostu temperatury tranzystorów mocy, układów scalonych, rezystorów mocy lub innych elementów rozpraszających ciepło, które mogą wynosić 60 + ° C. Jakie jest uzasadnienie tych liczb?

Możliwe powody, o których myślałem:

• Maksymalna temperatura materiałów PCB. W przypadku większości materiałów typu FR4 jest to około 130 ° C. Nawet uwzględniając bardzo konserwatywną temperaturę otoczenia (wewnątrz podstawy) wynoszącą 65 ° C, pozwoliłoby to na kolejny wzrost temperatury 65 ° C.
• Umożliwiając dalszy wzrost temperatury komponentów. Jeśli na przykład MOSFET SMT miałby zaobserwować wzrost temperatury o 80 ° C, nie chciałbyś zaczynać o 40 ° C powyżej temperatury otoczenia z powodu temperatury otaczającej płytki drukowanej. Wydaje się to jednak zbyt specyficzne dla danej sytuacji, aby można było zastosować zasadę praktyczną. Na przykład w przypadku zatopionego przez ciepło MOSFET-a przepływ ciepła w górę przewodów stanowi ułamek przepływu ciepła przez radiator, więc temperatura PCB nie powinna stanowić większego problemu. Nawet z częściami SMT mógłbym mieć cienki ślad, który rozprasza dużo ciepła przez większość jego długości, ale potem poszerzyć ten ślad, zanim dotrze do komponentu.
• Rozszerzalność termiczna materiałów PCB. W miarę nagrzewania się PCB materiały będą się rozszerzać. Jeżeli różne części płytki drukowanej zostaną wystawione na działanie różnych ilości ciepła, może to spowodować wygięcie płytki, co może zniszczyć połączenia lutowane. Jednak biorąc pod uwagę, że płytki drukowane są regularnie narażone na wyższe różnice temperatur niż to z powodu rozpraszania mocy w zamontowanych na nich komponentach, nie wydaje się to odpowiedzią.
• Nieaktualne standardy. Być może granice 5/10/20 ° C zostały wymyślone wiele lat temu i nie dotyczą już nowoczesnych materiałów PCB, ale wszyscy nadal je przestrzegają, nie zastanawiając się nad tym. Na przykład być może stare materiały z płyty fenolowej były mniej tolerancyjne na ciepło niż nowoczesne włókno szklane.

Innymi słowy, powiedzmy, że wzrost temperatury o 20 ° C jest zbyt ograniczony dla mojego projektu. Jeśli zamiast tego zdecyduję się pozwolić na wzrost temperatury o 40 ° C, czy prawdopodobnie napotkam problemy z niezawodnością w perspektywie krótko- lub długoterminowej?

Premia wskazuje na każdego, kto może przytoczyć standardy uzasadniające liczby lub które mają historyczne dowody na to, dlaczego te liczby zostały wybrane.

Wiele rzeczy zajmuje się projektowaniem szerokości śladu płytki drukowanej, w tym wzrost temperatury prądu. Inne to spadek napięcia, impedancja, zdolność fab PCB, koszt, gęstość upakowania.

Jednak wzrost temperatury jest słusznie jedną ze specyfikacji „nie przekraczać”.

Ogólna zasada jest taka, że ​​powinieneś postępować przez większość czasu. Zawsze będziesz w stanie znaleźć przypadki krawędzi, w których dozwolony jest wyższy wzrost, jeśli wykonasz ostrożne obliczenia.

Jedną z zalet praktycznej reguły jest to, że jeśli ją zastosujesz, twoje obliczenia nie muszą być zbyt ostrożne, istnieje już duży margines błędu wbudowany w regułę.

Osobliwością wzrostu temperatury jest to, że jest ona proporcjonalna do kwadratu prądu, a nie tylko prądu. Zmniejsza to znaczenie wyboru jednej konkretnej wartości. Prąd, który daje wzrost o 20 ° C, nie jest dwukrotnością prądu wzrostu o 10 ° C, to tylko 1,4 x prąd wzrostu o 10 ° C. Jeśli podwoimy prąd wzrostowy o 10 ° C, otrzymamy wzrost o 40 ° C, który zaczyna być niewygodnie ciepły.

Po co prowadzić fajne forum? Różne powody. Chłodzenie komponentów wymaga niskiej temperatury otoczenia. Żywotność elementu spada bardzo szybko wraz ze wzrostem temperatury. Margines dla pracy w ciepłych miejscach (w kabinie samochodu w jasnym świetle słonecznym) jest dobry. Debugując, przesuń palcem po obwodzie, aby znaleźć toasty komponenty, będziesz zdezorientowany gorącymi śladami.

Nie ma jednego zabójczego powodu, aby uruchomić fajną tablicę, i nie ma jednego powodu, aby wybrać wzrost o 10 ° C w porównaniu do wzrostu o 20 ° C. Jednak niewielu projektantów czuje się zahamowanych, przestrzegając tej „zasady”. Rzadko rzecz, która wyznacza limit. Jeśli znajdziemy się w jakimś narożnym przypadku, w którym specyfikacja nie może zostać osiągnięta poprzez trzymanie się dowolnej wartości wzrostu temperatury, wówczas obliczamy i testujemy wszystko, aby zobaczyć, jaki wpływ na żywotność i chłodzenie będą miały wyższe temperatury.

miedź laminarna nie jest wstępnie testowana pod kątem rezystywności, ponieważ rozwija różne zakresy temperatur, pokaże nieliniowy przebieg rezystywności. takie temperatury są podawane w celu osiągnięcia maksymalnej temperatury końcowej adekwatności cieplnej warstw, pozostawiając oryginalne schematy płytek drukowanych do bardzo długotrwałego użytkowania ...