Lý do đằng sau sự khôn ngoan phổ biến của việc hạn chế sự gia tăng nhiệt độ của vết PCB ở mức 5/10/20 ° C là gì?

Khi quyết định độ dày vết cần thiết để mang một lượng dòng điện nhất định trên PCB, câu trả lời phụ thuộc vào mức độ tăng nhiệt độ mà bạn sẵn sàng chấp nhận. Điều này dẫn đến việc nhà thiết kế rơi vào tình huống khó khăn khi cố gắng quyết định mức tăng nhiệt độ là hợp lý. Các quy tắc thông thường là cho phép tăng không quá 5 ° C, 10 ° C hoặc 20 ° C, tùy thuộc vào mức độ bảo thủ mà bạn muốn. Những con số này có vẻ nhỏ đáng kể so với mức tăng nhiệt độ tối đa của bóng bán dẫn điện, IC, điện trở công suất hoặc các thành phần tản nhiệt khác, có thể là 60 + ° C. Lý do đằng sau những con số này là gì?

Những lý do có thể tôi đã nghĩ đến:

• Nhiệt độ tối đa của vật liệu PCB. Đối với hầu hết các vật liệu loại FR4, khoảng 130 ° C. Ngay cả khi cho phép nhiệt độ môi trường rất bảo thủ (bên trong chassic) là 65 ° C, điều này vẫn sẽ cho phép tăng nhiệt độ 65 ° C khác.
• Cho phép tăng nhiệt độ của các thành phần. Ví dụ, nếu một MOS MOS SMT sẽ thấy nhiệt độ tăng lên 80 ° C, bạn sẽ không muốn khởi động nó ở nhiệt độ cao hơn 40 ° C vì nhiệt độ của PCB xung quanh. Tuy nhiên, điều này dường như quá cụ thể để đưa ra quy tắc. Ví dụ, trong trường hợp MOSFET xuyên qua lỗ thoát nhiệt, nhiệt lượng tăng lên dẫn là một phần của dòng nhiệt đi qua tản nhiệt, do đó, nhiệt độ PCB không phải là mối quan tâm chính. Ngay cả với các bộ phận của SMT, tôi có thể có một dấu vết mỏng làm tiêu tan rất nhiều nhiệt trong phần lớn chiều dài của nó, nhưng sau đó mở rộng dấu vết đó trước khi nó đến được thành phần.
• Mở rộng nhiệt của vật liệu PCB. Khi PCB nóng lên, các vật liệu sẽ mở rộng. Nếu các bộ phận khác nhau của PCB tiếp xúc với lượng nhiệt khác nhau, điều này có thể gây ra sự uốn cong của bảng có thể làm nứt các mối hàn. Tuy nhiên, do PCB thường xuyên tiếp xúc với chênh lệch nhiệt độ cao hơn mức này do sự tiêu hao năng lượng trong các bộ phận được gắn vào chúng, đây dường như không phải là câu trả lời.
• Tiêu chuẩn lỗi thời. Có lẽ các giới hạn 5/10/20 ° C đã được nghĩ đến từ nhiều năm trước và không còn áp dụng cho các vật liệu PCB hiện đại, nhưng mọi người vẫn tiếp tục theo dõi chúng mà không nghĩ về nó. Ví dụ, có lẽ các vật liệu bảng phenolic cũ ít chịu nhiệt hơn so với sợi thủy tinh hiện đại.

Để đặt câu hỏi theo cách khác, giả sử tôi thấy rằng việc tăng nhiệt độ 20 ° C là quá giới hạn cho thiết kế của tôi. Thay vào đó, nếu tôi quyết định cho phép tăng nhiệt độ 40 ° C, tôi có khả năng gặp phải các vấn đề về độ tin cậy ngắn hạn hoặc dài hạn không?

Điểm thưởng cho bất kỳ ai có thể trích dẫn các tiêu chuẩn đưa ra lý do cho các con số hoặc những người có bằng chứng lịch sử về lý do tại sao những con số đó được chọn.

Nhiều thứ đi vào thiết kế độ rộng của vết PCB, bao gồm cả sự tăng nhiệt độ cho dòng điện. Những người khác là giảm điện áp, trở kháng, khả năng PCB fab, chi phí, mật độ đóng gói.

Tuy nhiên, tăng nhiệt độ là một trong những thông số kỹ thuật 'không vượt quá'.

Một nguyên tắc nhỏ là như vậy, một cái gì đó bạn nên tuân theo hầu hết thời gian. Bạn sẽ luôn có thể tìm thấy các trường hợp cạnh được cho phép tăng cao hơn, nếu bạn tính toán cẩn thận.

Một phần lợi ích của quy tắc ngón tay cái là nếu bạn tuân theo nó, các tính toán của bạn không cần phải quá cẩn thận, đã có một biên sai lầm lớn được xây dựng theo quy tắc.

Một đặc điểm của sự gia tăng nhiệt độ là nó tỷ lệ thuận với bình phương hiện tại, không chỉ với hiện tại. Điều này làm giảm tầm quan trọng của việc chọn một giá trị cụ thể. Dòng điện tăng 20C không gấp đôi dòng tăng 10C, chỉ bằng 1,4 lần dòng tăng 10C. Nếu chúng ta tăng gấp đôi mức tăng 10C, chúng ta sẽ tăng 40C, bắt đầu cảm thấy ấm áp khó chịu.

Tại sao chạy một bảng mát mẻ? Tất cả các loại lý do tốt. Làm mát thành phần đòi hỏi một môi trường xung quanh thấp. Tuổi thọ thành phần giảm rất nhanh khi nhiệt độ tăng. Ký quỹ cho hoạt động ở những nơi ấm áp (bên trong cabin xe dưới ánh sáng mặt trời) là tốt. Gỡ lỗi, chạy ngón tay trên mạch để tìm các thành phần hấp dẫn, bạn sẽ bị lẫn lộn bởi dấu vết nóng.

Không có một lý do giết người nào để điều hành một ván tuyệt vời, và không có lý do nào để chọn tăng 10C so với tăng 20C. Tuy nhiên, rất ít nhà thiết kế cảm thấy ức chế khi tuân theo 'quy tắc' này. Nó hiếm khi là thứ đặt ra giới hạn. Nếu chúng ta thấy mình trong một số trường hợp góc mà thông số kỹ thuật không thể đạt được bằng cách bám vào một số tăng nhiệt độ tùy ý, thì chúng ta tính toán và kiểm tra mọi thứ, để xem ảnh hưởng gì đến tuổi thọ và làm mát nhiệt độ cao hơn sẽ gây ra.

đồng laminar không giả vờ cho điện trở suất vì nó phát triển các phạm vi nhiệt độ khác nhau, nó sẽ hiển thị một quá trình điện trở phi tuyến tính. nhiệt độ như vậy được nêu theo thứ tự nhiệt độ tối đa đạt được sự thỏa mãn nhiệt cuối cùng của các lớp để lại sơ đồ pcb ban đầu cho việc sử dụng lâu dài ...