Gerenciamento de Temperatura de PCB: Estratégias Comprovadas para Controlar o Calor

Embora o conceito de PCB tenha certos fundamentos em seu design que permaneceram inalterados por muito tempo, a tecnologia que afeta PCBs mudou rapidamente nas últimas décadas. Uma questão que permanece constante é a questão da temperatura da PCB.

A forma física de uma PCB é composta por trilhas, furos, camadas, furos passantes e máscaras de solda. Cada uma destas coisas pode ser afetada pela temperatura da PCB.

Um efeito bola de neve de problemas pode ocorrer se as temperaturas da PCB subirem linearmente. Se não controlado, isso afetará negativamente o desempenho da PCB.

Este artigo fornecerá uma visão geral do design de placas de alta temperatura e como as temperaturas podem ser micromanipuladas.

1. Causas de Alta Temperatura em PCB

O primeiro passo em micromanipular qualquer coisa é detectar a fonte da micromanipulação necessária. Temperatura de PCB não é exceção, e como PCBs usam calor para funcionar, é primeiro necessário determinar a causa da alta temperatura da PCB.

Alta temperatura de PCB pode levar a problemas de desempenho. Quando correntes são muito fortes através de uma PCB, as temperaturas subirão.

Existem três sinais reveladores desta anomalia.

Dissipação de Componente

É o primeiro sinal de que as temperaturas em uma PCB estão subindo demais. Uma coisa a lembrar aqui é que o calor gerado por um componente é diretamente proporcional à corrente de carga que flui através do dito componente.

Neste caso particular, a dissipação de componente ocorre quando um componente da PCB não está gerando o tipo de potência que geralmente gera. Faz com que outros recursos criem mais energia que o normal para equilibrar o componente dissipador.

Se a corrente que viaja através de um resistor é inconsistente, o capacitor e outros componentes principais da placa de circuito transportarão uma carga mais significativa que o normal para compensar.

Furo Passante (Through Hole)

Uma das coisas mais comuns que fornecem potência a um componente é o dissipador de calor. Componentes de dissipador de calor também são conhecidos como componentes de furo passante.

Estes componentes geram calor dissipando calor no ar. O dissipador de calor torna isso possível, e uma maneira de você micromanipular temperaturas de PCB aqui é ver se o dissipador de calor está soldado corretamente.

Se outro componente na PCB está interferindo com furos passantes ou dissipadores de calor, isso fará com que outros recursos trabalhem horas extras para gerar mais calor que o necessário.

Componentes SMD

SMD significa "dispositivo de montagem em superfície". É conectado a uma PCB assim como um componente de furo passante e permite que correntes viajem mais suavemente entre os componentes de furo passante e dissipador de calor.

No que diz respeito a manter temperaturas de PCB, um dos problemas mais comuns que se pode encontrar refere-se à posição dos componentes de furo passante na PCB relativos aos componentes SMD.

Se estiverem muito distantes, pode demorar muito para a energia viajar de e para esses componentes. Pode resultar nas peças ficando frias por muito tempo, o que fará outros membros superaquecerem. Se estiverem muito próximos, a temperatura será anormalmente alta.

Muitas dessas informações vêm da WellPCB, uma organização especializada em explorar novas formas de micromanipular temperaturas de PCB.

2. Canais de Transferência de Temperatura de PCB

Uma coisa comum sobre temperatura é que elas nunca são estáticas. Temperaturas geralmente nunca permanecem iguais. É ciente disso, bem como de múltiplos canais de transmissão de temperatura de PCB.

A temperatura é afetada de muitas maneiras, e uma das maneiras que você pode micromanipular tanto a temperatura geral em sua PCB quanto os componentes da PCB é conhecer não apenas sobre estes canais, mas também quais partes da PCB utilizam qual canal.

Radiação

Quando as pessoas se referem a energia térmica na forma de ondas eletromagnéticas, estão falando de radiação. Calor radiante é geralmente gerado passivamente, significando que você não pode diretamente baixar ou aumentar a temperatura por radiação.

Calor radiante tem um efeito quase insignificante na temperatura da PCB.

Ao mesmo tempo, é também o canal sobre o qual você provavelmente deve se preocupar mais. É porque temperaturas de PCB também são afetadas por energia térmica.

Quando se trata de temperatura, nada é verdadeiramente insignificante. Pense no que aconteceria se um avião se movesse apenas um grau fora do curso. Se isso acontecer, pousará em um local diferente do planejado, não importa quão curta a distância possa ser.

Temperaturas de PCB operam da mesma forma. Se uma PCB precisa estar a uma temperatura de 30 graus Celsius para funcionar otimamente mas permanece a 32 graus por muito tempo, os resultados não serão desejáveis.

Embora não haja maneira de micromanipular calor radiante diretamente, é possível micromanipular calor radiante indiretamente. Estar em um ambiente com temperatura consistente ao construir e fabricar PCBs é uma maneira de fazer isso.

Convecção

Convecção ocorre quando o calor é transferido para fluidos ou ar. Diferente de radiação, convecção é completamente direta e tem um efeito poderoso na temperatura geral da PCB.

O exemplo mais famoso de convecção é quando se cozinha algo. Afinal, quase todos os fornos são fornos de convecção. O calor do forno é transferido para o ar, o que permite aquecer as coisas.

"Cozinhar" também ocorre quando se trata de materiais de PCB, e assim como é essencial conhecer suas temperaturas ao preparar comida em uma cozinha, também é necessário conhecer suas temperaturas ao aquecer materiais de PCB.

Condução

A forma mais direta de canal de transferência de temperatura é condução. Na condução, o calor é transferido entre uma fonte de calor e um dissipador de calor.

O exemplo mais potente disso é quando um raio atinge algo metálico ou fluido. Nestes exemplos, a fonte de calor é o raio, e o dissipador de calor é líquido ou metálico.

Saber quais componentes de sua PCB funcionam como fontes de calor e quais partes funcionam como dissipadores de calor é uma excelente maneira de determinar quando é uma boa ideia decidir que tipos de correntes os componentes podem suportar.

3. Tolerância de Temperatura de PCB

Fabricantes de PCB também têm problemas com superaquecimento de componentes em PCBs porque não dedicaram tempo para aprender que tipos de temperaturas o material pode suportar.

Apenas saber isso e fazer uma lista é algo que todo fabricante deve fazer. Manter uma lista à mão exibindo o quão quente cada material pode chegar é muito útil e, em muitos casos, necessário.

Por exemplo, os painéis de PCB contêm um material chamado FR-4, que pode suportar temperaturas de 90 a 110 graus Celsius. Portanto, ao preparar uma PCB com materiais FR-4, você deve estar ciente de quaisquer correntes que envolvam este material que possam exceder 110 graus Celsius.

Saber que tipos de temperaturas os painéis das PCBs que você planeja fabricar suportam é um dos aspectos mais críticos de micromanipular a temperatura de uma PCB, mas também um dos mais negligenciados.

4. Como Medir Temperatura de PCB

É essencial entender que tipos de temperaturas os materiais do painel da sua PCB podem suportar. Também é necessário saber como o calor é transferido entre os componentes da PCB.

Saber estas coisas ajudará você a micromanipular sua temperatura geral de PCB. Outra coisa boa de saber é como medir temperatura de PCB.

Medir, neste caso, não significa verificar as temperaturas ambientais exibidas.

Em vez disso, refere-se a medir como a temperatura aumenta e diminui. Conhecer estes processos é um dos métodos mais precisos de medir a temperatura geral da PCB.

Existem algumas coisas que você precisa identificar antes de medir a temperatura da PCB desta forma. Estas são a fonte de calor primária e o sensor de temperatura. É como a maior parte do calor é gerada e onde a maioria das correntes ocorre.

A próxima coisa a fazer é encontrar o pino GND da fonte de calor. Geralmente está conectado ao substrato da fonte de calor.

Após fazer isso, você pode medir a temperatura da PCB fazendo estas três coisas:

• Usar um plano de terra comum entre o sensor de temperatura e a fonte de calor.
• Conectar os pinos GND de todos os sensores de temperatura ao plano de terra da fonte de calor.
• Manter o sensor de temperatura e a fonte de calor razoavelmente próximos um do outro na PCB.

Fazer isso permitirá que você rastreie com precisão e consistência a temperatura global da PCB e a fonte de calor primária.

5. Resultados Causados por Temperatura Excessiva de PCB

Saber como medir temperaturas de PCB com precisão e adequação é uma coisa. Mas o que acontece quando os componentes e materiais de uma PCB ficam muito quentes?

Temperaturas excessivas destruirão a integridade da camada.

O que acontece quando algo fica anormalmente quente ou frio? Eles expandem e contraem, respectivamente.

PCBs não são diferentes. As camadas da PCB são sensíveis a temperaturas. Temperaturas excessivas deformarão o comprimento, largura e espessura de qualquer camada da PCB se não forem micromanipuladas.

Voltando ao exemplo de convecção no capítulo 2, isso é similar a deixar comida no micro-ondas por muito tempo, causando a explosão do item de comida dentro.

Uma coisa similar acontece com camadas de PCB se forem superaquecidas.

Energia térmica expande a maioria das substâncias, alterando-as.

Substâncias expandem quando superaquecidas, alterando sua forma de alguma maneira.

Materiais de circuito não estão isentos disso. Altas temperaturas podem e vão mudar a forma das linhas de transição nestes materiais de circuito. Quando isso acontece, mudará as dimensões dos próprios materiais de circuito.

Resultará em perdas retas, distorção e mudanças de frequência em materiais de circuito.

Materiais expandem em taxas diferentes.

Materiais em uma PCB não apenas expandirão quando em torno de altas temperaturas, mas também expandirão em taxas diferentes.

A superfície de uma PCB é composta por camadas dielétricas ou camadas de metal condutivo. Estas camadas expandem para limites diferentes em velocidades diferentes. Estas diferenças não são apenas separadas de dielétrico e condutivo. Nenhuma camada dielétrica ou condutiva é criada igual.

Um dos erros mais comuns que qualquer fabricante de PCB pode cometer é confundir estas duas camadas. Certifique-se de dedicar tempo para saber com qual camada você está trabalhando.

Soldagem de placa requer temperaturas diferentes.

Soldagem e brasagem são habilidades necessárias para qualquer um que deseje produzir, testar e fabricar PCBs.

Saber que tipos de temperaturas trabalhar quando soldando e brasando é algo que qualquer um em uma empresa de fabricação de PCB precisa saber, mesmo se não estiver diretamente envolvido na soldagem e brasagem de quaisquer materiais.

6. Escolhendo os Materiais Certos de PCB

Outra maneira de micromanipular e definir corretamente temperaturas para PCBs é escolher os materiais adequados para as placas. Escolher os materiais errados tornará muito mais complicado do que deveria ser micromanipular estas temperaturas.

O material mais comum para uma placa de PCB é chamado FR-4. Qualquer um que esteja começando na WellPCB. Forneceremos serviço completo e produtos de alta qualidade. Você pode nos enviar os documentos que precisa fazer e obter um orçamento imediatamente! O que estamos esperando? Temos dez anos de fabricação de PCB ou quem quer minimizar riscos deve escolher este material. Um fio comum sobre materiais FR-4 é que eles resistem bem a temperaturas.

Dois outros materiais não são tão comuns quanto FR-4, e estes são poliamida e RF. Embora estes dois não resistam a temperaturas como FR-4, eles têm outras propriedades que materiais FR-4 não têm.

Esta lista fornecerá a maior parte da informação que você precisará sobre estes materiais quanto às suas capacidades de temperatura específicas.

Você pode ver a lista completa aqui: bayareacircuits.com/material-library.

7. Métodos de Redução de Temperatura de PCB

Finalmente, é hora de explorar maneiras de reduzir temperaturas de PCB. Estes podem ser aplicados a qualquer material de qualquer PCB.

Dissipadores de Calor (Heat Sinks)

Peças, materiais e componentes de PCBs todos geram calor. Um dissipador de calor adequado dissipará este calor, permitindo que o calor seja micromanipulado.

Ventiladores de Resfriamento (Cooling Fans)

Quase todo dispositivo eletrônico contém um ventilador, mas muitos não entendem qual é seu propósito.

Seja parte de um dispositivo eletrônico totalmente completo ou parte de um dispositivo WellPCB, forneceremos serviço completo e produtos de alta qualidade. Você pode nos enviar os documentos que precisa fazer e obter um orçamento imediatamente! O que estamos esperando? Temos dez anos de fabricação de PCB; o propósito de um ventilador de resfriamento é permitir que o ar quente saia do dispositivo enquanto deixa o ar frio entrar nele.

Placas mais grossas requerem mais potência para atingir altas temperaturas.

Espessura da placa é um dos assuntos mais confusos que fabricantes enfrentam ao lidar com temperaturas de PCB.

Enquanto placas mais grossas levam mais potência para atingir temperaturas mais altas, quanto mais abrangente um prato é, menos ele resiste. Pode retardar a temperatura. Esta anomalia permite mais um método de controlar temperaturas de PCB.

Considerações de Integração de Heat Pipe

Qual é o propósito principal de qualquer cano dado? É organizar o fluxo de qualquer substância dada.

Também é verdade ao micromanipular temperatura de PCB, pois líquidos envolvidos na produção de PCB podem absorver calor, evaporar, então condensar de volta a líquido.

Este tipo de processo permite que você continue trabalhando com quaisquer materiais e componentes que precise trabalhar enquanto ao mesmo tempo micromanipula as temperaturas envolvidas automaticamente.

8. Conclusão e Resumo

Se você possui atenção aguda aos detalhes e está bem informado, não é difícil entender as causas e soluções envolvendo temperatura de PCB. Informações adicionais podem ser encontradas nos arquivos de artigos da WellPCB também.

Existem muitas coisas para aprender quando se trata de micromanipular temperaturas de PCB, e a chave para fazer isso é ser paciente e consistente. Dominar a arte de gerenciar temperaturas de PCB leva tempo, e guias como este são projetados para economizar muito dele.

WellPCB tem se especializado no provedor de serviço de PCB correto. Agradecidamente, existem vários campos de fabricação de PCB há algum tempo. Estamos comprometidos em fornecer informações para outros fabricantes de PCB e fornecer os melhores materiais, componentes e serviços para ambos.