На чем основывается здравый смысл ограничения повышения температуры следа печатной платы до 5/10/20 ° C?

При выборе толщины следа, необходимого для подачи определенного количества тока на печатную плату, ответ зависит от того, насколько повышение температуры вы готовы принять. Это приводит дизайнера к трудной ситуации, когда он пытается решить, насколько разумно повышение температуры. Общие практические правила допускают повышение температуры не более чем на 5 ° C, 10 ° C или 20 ° C, в зависимости от того, насколько вы хотите быть консервативным. Эти цифры кажутся удивительно небольшими по сравнению с максимальным повышением температуры силовых транзисторов, интегральных схем, силовых резисторов или других рассеивающих тепло компонентов, которое может составлять 60 + ° C. В чем причина этих цифр?

Возможные причины, о которых я подумал:

• Максимальная температура материалов печатных плат. Для большинства материалов типа FR4 это около 130 ° C. Даже с учетом очень консервативной температуры окружающей среды (внутри шасси), равной 65 ° C, это все равно позволит еще повысить температуру на 65 ° C.
• С учетом дальнейшего повышения температуры компонентов. Если SMT MOSFET собирался увидеть повышение температуры, например, на 80 ° C, вы бы не хотели запускать его на 40 ° C выше температуры окружающей среды из-за температуры окружающей печатной платы. Тем не менее, это кажется слишком специфичным для конкретной ситуации, чтобы составлять эмпирическое правило. Например, в случае утопленного в тепло сквозного отверстия МОП-транзистора тепловой поток вверх по выводам представляет собой часть теплового потока, проходящего через радиатор, поэтому температура печатной платы не должна быть главной проблемой. Даже с деталями SMT у меня может быть тонкий след, который рассеивает много тепла по большей части своей длины, но затем расширяет этот след до того, как он достигает компонента.
• Термическое расширение материалов печатных плат. По мере нагрева печатной платы материалы будут расширяться. Если разные части платы подвергаются воздействию разного количества тепла, это может привести к изгибу платы, что может привести к растрескиванию паяных соединений. Однако, учитывая, что печатные платы регулярно подвергаются более высоким температурным перепадам, чем это из-за рассеивания мощности в компонентах, установленных на них, это не похоже на ответ.
• Устаревшие стандарты. Возможно, предельные значения 5/10/20 ° C были придуманы много лет назад и более не применяются к современным материалам для печатных плат, но все продолжают следовать им, не задумываясь об этом. Например, возможно, старые материалы из фенольной плиты были менее терпимы к теплу, чем современные стеклопластики.

Иными словами, скажем, я обнаружил, что повышение температуры на 20 ° C слишком ограничивает мой дизайн. Если вместо этого я решу разрешить повышение температуры до 40 ° C, могу ли я столкнуться с проблемами краткосрочной или долгосрочной надежности?

Бонус указывает любому, кто может ссылаться на стандарты, обосновывающие цифры, или у которых есть исторические доказательства того, почему эти цифры были выбраны.

Многое зависит от ширины следа печатной платы, включая повышение температуры для тока. Другими являются падение напряжения, полное сопротивление, способность печатной платы, стоимость, плотность упаковки.

Однако повышение температуры по праву является одной из спецификаций «не превышать».

Эмпирическое правило - это то, чему вы должны следовать большую часть времени. Вы всегда сможете найти крайние случаи, когда более высокий подъем разрешен, если вы будете делать тщательные вычисления.

Преимущество эмпирического правила состоит в том, что если вы будете следовать ему, ваши вычисления не должны быть слишком осторожными, в правило уже встроен большой предел погрешности.

Особенностью повышения температуры является то, что она пропорциональна квадрату тока, а не только току. Это снижает важность выбора одного конкретного значения. Ток, который дает повышение 20C, не вдвое больше тока 10C, это всего лишь 1,4-кратный ток 10C. Если мы удвоим ток 10C, мы получим 40C, который начинает чувствовать себя неловко теплым.

Зачем запускать доску круто? Все виды веских причин. Компонентное охлаждение требует низкой температуры окружающей среды. Срок службы компонентов очень быстро падает при повышении температуры. Маржа для работы в теплых местах (в салоне автомобиля при ярком солнечном свете) хорошая. Отладка, проведите пальцем по цепи, чтобы найти сложные компоненты, вы будете смущены горячими следами.

Не существует единственной причины, по которой стоит играть на доске, и нет причин выбирать повышение 10C против повышения 20C. Однако немногие дизайнеры чувствуют себя подавленными, следуя этому «правилу». Это редко то, что устанавливает предел. Если мы окажемся в каком-то угловом случае, когда спецификации невозможно достичь, придерживаясь произвольной цифры повышения температуры, то мы вычислим и протестируем все, чтобы выяснить, как это повлияет на срок службы и охлаждение при более высоких температурах.

Ламинарная медь не подвергается испытанию на удельное сопротивление, поскольку она развивает различные температурные диапазоны и демонстрирует нелинейный курс удельного сопротивления. такие температуры указаны для того, чтобы максимальная температура достигала окончательной термической адекватности слоев, оставляя исходные диаграммы печатных плат для очень длительного использования ...