Temperatura do PCB:um guia para gerenciar altas temperaturas

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

A forma física de um PCB é composta de traços, furos, camadas, furos passantes e máscaras de solda. Cada uma dessas coisas pode ser afetada pela temperatura do PCB.

Um efeito bola de neve de problemas pode ocorrer se as temperaturas do PCB aumentarem linearmente. Se desmarcado, isso afetará negativamente o desempenho do PCB.

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

1. Causas da alta temperatura do PCB

O primeiro passo no microgerenciamento de qualquer coisa é detectar a origem do microgerenciamento necessário. A temperatura do PCB não é exceção e, como os PCBs usam calor para funcionar, primeiro é necessário determinar a causa da alta temperatura do PCB.

A alta temperatura do PCB pode levar a problemas de desempenho. Quando as correntes são muito fortes em um PCB, as temperaturas aumentam.

Há três sinais reveladores dessa anomalia.

Dissipação de componentes

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

Neste caso específico, a dissipação de componentes ocorre quando um componente da PCB não está gerando o tipo de energia que normalmente gera. Isso faz com que outros recursos criem mais energia do que o normal para equilibrar o componente de dissipação.

Se a corrente que percorre um resistor for inconsistente, o capacitor e outros componentes principais da placa de circuito carregarão uma carga mais significativa do que o normal para compensar.

Através do Buraco

Uma das coisas mais comuns que fornecem energia a um componente é o dissipador de calor. Os componentes do dissipador de calor também são conhecidos como componentes de passagem.

Esses componentes geram calor dissipando o calor no ar. O dissipador de calor torna isso possível, e uma maneira de microgerenciar as temperaturas do PCB aqui é ver se o dissipador de calor está soldado corretamente.

Se outro componente no PCB estiver interferindo em orifícios ou dissipadores de calor, isso fará com que os outros recursos trabalhem horas extras para gerar mais calor do que o necessário.

Componentes SMD

SMD significa “dispositivo de montagem em superfície”. Ele é conectado a um PCB assim como um componente passante e permite que as correntes viajem mais suavemente entre os componentes passante e dissipador de calor.

No que diz respeito à manutenção das temperaturas do PCB, um dos problemas mais comuns que se pode encontrar diz respeito à posição dos componentes do orifício no PCB em relação aos componentes SMD.

Se estiverem muito distantes, pode demorar muito para que a energia chegue e saia desses componentes. Isso pode fazer com que as peças fiquem frias por muito tempo, o que fará com que outros membros superaqueçam. Se eles estiverem muito próximos um do outro, a temperatura será excepcionalmente alta.

Muitas dessas informações vêm da WellPCB, uma organização especializada em explorar novas maneiras de microgerenciar as temperaturas do PCB.

2. Canais de transferência de temperatura de PCB

Uma coisa comum sobre a temperatura é que eles nunca são estáticos. As temperaturas geralmente nunca permanecem as mesmas. Está ciente disso, bem como de múltiplos canais de transmissão de temperatura do PCB.

A temperatura é afetada de várias maneiras, e uma das maneiras que você pode microgerenciar tanto a temperatura geral em seu PCB quanto os componentes do PCB é saber não apenas sobre esses canais, mas também quais partes do PCB utilizam qual canal.

Radiação

Quando as pessoas se referem à energia térmica na forma de ondas eletromagnéticas, estão falando de radiação. O calor irradiado geralmente é gerado passivamente, o que significa que você não pode diminuir ou aumentar diretamente a temperatura por radiação.

O calor radiante tem um efeito quase insignificante na temperatura do PCB.

Ao mesmo tempo, também é o canal com o qual você provavelmente deve se preocupar mais. É porque as temperaturas do PCB também são afetadas pela energia térmica.

Quando se trata de temperatura, nada é verdadeiramente desprezível. Pense no que aconteceria se um avião se afastasse apenas um grau do curso. Se isso acontecer, ele pousará em um local diferente do planejado, não importa quão curta seja a distância.

As temperaturas do PCB operam da mesma maneira. Se um PCB precisar estar a uma temperatura de 30 graus Celsius para funcionar de maneira ideal, mas permanecer a 32 graus por muito tempo, os resultados não serão desejáveis.

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

Convecção

A convecção ocorre quando o calor é transferido para fluidos ou ar. Ao contrário da radiação, a convecção é completamente direta e tem um efeito poderoso na temperatura geral do PCB.

O exemplo mais famoso de convecção é ao cozinhar 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.

A “cozinhar” também ocorre quando se trata de materiais de PCB e, assim como é essencial conhecer suas temperaturas ao preparar alimentos 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 a condução. Na condução, o calor é transferido entre uma fonte de calor e um dissipador de calor.

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

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

3. Tolerância à temperatura do PCB

Os fabricantes de PCBs também têm problemas com componentes de superaquecimento em PCBs porque não tiveram tempo para aprender que tipos de temperaturas o material pode suportar.

Apenas saber disso e fazer uma lista é algo que todo fabricante deveria fazer. Manter uma lista em mãos mostrando o quão quente cada material pode ficar é muito útil e, em muitos casos, necessário.

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

Saber quais os tipos de temperaturas dos painéis das PCBs que você planeja fabricar é um dos aspectos mais críticos do microgerenciamento da temperatura de uma PCB, mas também um dos mais negligenciados.

4. Como medir a temperatura do PCB

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

Conhecer essas coisas o ajudará a microgerenciar a temperatura geral da PCB. Outra coisa que é bom saber é como medir a temperatura do PCB.

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

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

Existem algumas coisas que você precisa identificar antes de medir a temperatura do PCB dessa maneira. Estas são a fonte primária de calor 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 é conectado ao substrato da fonte de calor.

Depois de fazer isso, você pode medir a temperatura do PCB fazendo estas três coisas:

Usando um plano de terra comum entre o sensor de temperatura e a fonte de calor.

Você está conectando os pinos GND de todos os sensores de temperatura ao plano de aterramento da fonte de calor.

Você está mantendo o sensor de temperatura e a fonte de calor razoavelmente próximos um do outro no PCB.

Isso permitirá que você acompanhe com precisão e consistência a temperatura global do PCB e a fonte de calor primária.

5. Resultados causados ​​por temperatura excessiva do PCB

Saber medir as temperaturas do PCB com precisão e de forma adequada 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 do PCB são sensíveis às temperaturas. Temperaturas excessivas deformarão o comprimento, a largura e a espessura de qualquer camada de PCB se não forem microgerenciadas.

Voltando ao exemplo da convecção no capítulo 2, isso é semelhante a deixar comida no micro-ondas por muito tempo, fazendo com que o alimento exploda.

Uma coisa semelhante acontece com as camadas de PCB se estiverem superaquecidas.

A energia térmica expande a maioria das substâncias, alterando-as.

As substâncias se expandem quando superaquecidas, alterando sua forma de alguma forma.

Os materiais do circuito não estão isentos disso. Altas temperaturas podem e irão alterar a forma das linhas de transição nestes materiais de circuito. Quando isso acontecer, as dimensões dos próprios materiais do circuito serão alteradas.

Isso resultará em perdas diretas, distorção e mudanças de frequência nos materiais do circuito.

Os materiais se expandem em taxas diferentes.

Os materiais em um PCB não apenas se expandirão quando estiverem em altas temperaturas, mas também se expandirão em taxas diferentes.

A superfície de um PCB é composta por camadas dielétricas ou camadas de metal condutoras. Essas camadas se expandem para diferentes limites em diferentes velocidades. Essas diferenças não são apenas separadas de dielétrico e condutor. Nenhuma camada dielétrica ou condutora é criada igual.

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

A soldagem da placa requer temperaturas diferentes.

Soldar e soldar é uma habilidade necessária para quem deseja produzir, testar e fabricar PCBs.

Saber com que tipo de temperatura trabalhar ao soldar e soldar é algo que qualquer pessoa em uma empresa de fabricação de PCB precisa saber, mesmo que não esteja diretamente envolvida na soldagem e soldagem de quaisquer materiais.

6. Escolhendo os materiais de PCB certos

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

O material mais comum para uma placa PCB é chamado FR-4. Qualquer um que está apenas começando no WellPCB. Forneceremos a você um serviço de balcão único e produtos de alta qualidade. Você pode nos enviar os documentos que você precisa fazer e obter uma cotação imediatamente! O que estamos esperando? Temos dez anos de fabricação de PCB ou quem deseja minimizar os riscos deve optar por este material. Uma linha comum sobre os materiais FR-4 é que eles podem resistir bem a temperaturas.

Dois outros materiais não são tão comuns quanto o FR-4, e são poliimida e RF. Embora esses dois não resistam a temperaturas e FR-4, eles têm outras propriedades que os materiais FR-4 não possuem.

Esta lista fornecerá a maioria das informações necessárias sobre esses materiais em relação às suas capacidades específicas de temperatura.


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

7. Métodos de redução da temperatura do PCB

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

Dissipadores de calor

Peças, materiais e componentes de PCBs geram calor. Um dissipador de calor adequado dissipará esse calor, permitindo que o calor seja microgerenciado.

Fãs de resfriamento

Quase todos os dispositivos eletrônicos contêm um ventilador, mas muitos não entendem qual é o seu propósito.

Seja parte de um dispositivo eletrônico totalmente completo ou parte de um WellPCB, forneceremos a você um serviço completo e produtos de alta qualidade. Você pode nos enviar os documentos que você precisa fazer e obter uma cotação imediatamente! O que estamos esperando? Temos dez anos de dispositivos de fabricação de PCB; a finalidade 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 energia para atingir altas temperaturas.

A espessura da placa é um dos problemas mais confusos que os fabricantes enfrentam ao lidar com as temperaturas do PCB.

Enquanto placas mais grossas consomem mais energia para atingir temperaturas mais altas, quanto mais abrangente for um prato, menos ele resiste. Pode diminuir a temperatura. Esta anomalia permite ainda outro método de controlar as temperaturas do PCB.

Considerações sobre integração do tubo de calor

Qual é o objetivo principal de qualquer tubo? É organizar o fluxo de qualquer substância.

Também é verdade ao microgerenciar a temperatura do PCB, pois os líquidos envolvidos na produção do PCB podem absorver calor, evaporar e condensar de volta ao líquido.

Esse tipo de processo permite que você continue trabalhando com quaisquer materiais e componentes com os quais precise trabalhar enquanto, ao mesmo tempo, microgerencia as temperaturas envolvidas automaticamente.

Conclusão e resumo

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

Há muitas coisas para aprender quando se trata de microgerenciar 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 disso.

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