Température des PCB :un guide sur la façon de gérer les températures élevées

Alors que le concept de PCB a certains fondamentaux dans sa conception qui sont restés inchangés pendant longtemps, une technologie qui affecte les PCB a évolué rapidement au cours des dernières décennies. Un problème qui reste constant est le problème de la température des PCB.

La forme physique d'un PCB est composée de traces, de trous, de couches, de trous traversants et de masques de soudure. Chacun de ces éléments peut être affecté par la température du PCB.

Un effet boule de neige des problèmes peut se produire si les températures des PCB augmentent de manière linéaire. Si elle n'est pas cochée, cela affectera négativement les performances du PCB.

Cet article fournira un aperçu de la conception des cartes haute température et de la manière dont les températures peuvent être microgérées.

1. Causes de la température élevée du PCB

La première étape de la microgestion consiste à détecter la source de la microgestion nécessaire. La température du PCB ne fait pas exception, et puisque les PCB utilisent la chaleur pour fonctionner, il est d'abord nécessaire de déterminer la cause de la température élevée du PCB.

Une température élevée du PCB peut entraîner des problèmes de performances. Lorsque les courants sont trop forts dans un circuit imprimé, les températures augmentent.

Il y a trois signes révélateurs de cette anomalie.

Dissipation des composants

C'est le premier signe que les températures dans un PCB augmentent trop. Une chose à retenir ici est que la chaleur générée par un composant est directement proportionnelle au courant de charge qui traverse ledit composant.

Dans ce cas particulier, la dissipation des composants se produit lorsqu'un composant du PCB ne génère pas le type d'énergie qu'il génère habituellement. Cela amène d'autres fonctionnalités à créer plus d'énergie que d'habitude pour équilibrer la composante de dissipation.

Si le courant qui traverse une résistance est incohérent, le condensateur et les autres principaux composants du circuit imprimé porteront une charge plus importante que d'habitude pour compenser.

Trou traversant

L'un des éléments les plus courants qui alimentent un composant est le dissipateur de chaleur. Les composants du dissipateur thermique sont également appelés composants traversants.

Ces composants génèrent de la chaleur en dissipant la chaleur dans l'air. Le dissipateur thermique rend cela possible, et une façon de microgérer les températures des PCB ici est de voir si le dissipateur thermique est correctement soudé.

Si un autre composant du circuit imprimé interfère avec les trous traversants ou les dissipateurs de chaleur, les autres fonctionnalités feront des heures supplémentaires pour générer plus de chaleur que nécessaire.

Composants CMS

SMD signifie "dispositif de montage en surface". Il est connecté à un circuit imprimé comme un composant à trou traversant et permet aux courants de circuler plus facilement entre les composants à trou traversant et le dissipateur de chaleur.

En ce qui concerne le maintien des températures des PCB, l'un des problèmes les plus courants que l'on peut rencontrer concerne la position des composants traversants sur le PCB par rapport aux composants SMD.

S'ils sont trop éloignés, le trajet de l'alimentation vers et depuis ces composants peut prendre trop de temps. Il peut en résulter que les pièces restent froides trop longtemps, ce qui entraînera une surchauffe des autres membres. S'ils sont trop proches l'un de l'autre, la température sera anormalement élevée.

Une grande partie de ces informations provient de WellPCB, une organisation spécialisée dans l'exploration de nouvelles façons de microgérer les températures des PCB.

2. Canaux de transfert de température PCB

Une chose commune à propos de la température est qu'elles ne sont jamais statiques. Les températures ne restent généralement jamais les mêmes. Il en est conscient, ainsi que plusieurs canaux de transmission de la température des PCB.

La température est affectée de plusieurs façons, et l'une des façons dont vous pouvez microgérer à la fois la température générale dans votre PCB et les composants du PCB est de connaître non seulement ces canaux, mais également quelles parties du PCB utilisent quel canal.

Radiation

Lorsque les gens parlent d'énergie thermique sous forme d'ondes électromagnétiques, ils parlent de rayonnement. La chaleur rayonnante est généralement générée passivement, ce qui signifie que vous ne pouvez pas directement abaisser ou augmenter la température par rayonnement.

La chaleur radiante a un effet presque négligeable sur la température du PCB.

En même temps, c'est aussi le canal dont vous devriez probablement vous soucier le plus. C'est parce que les températures des PCB sont également affectées par l'énergie thermique.

Côté température, rien n'est vraiment négligeable. Pensez à ce qui se passerait si un avion s'écartait d'un seul degré de sa trajectoire. Si cela se produit, il atterrira à un endroit différent de celui prévu, quelle que soit la distance à parcourir.

Les températures des PCB fonctionnent de la même manière. Si un PCB doit être à une température de 30 degrés Celsius pour fonctionner de manière optimale mais reste à 32 degrés pendant très longtemps, les résultats ne seront pas souhaitables.

Bien qu'il n'y ait aucun moyen de microgérer directement la chaleur rayonnante, il est possible de microgérer indirectement la chaleur rayonnante. Être dans un environnement à température constante lors de la construction et de la fabrication de PCB est une façon d'y parvenir.

Convection

La convection a lieu lorsque la chaleur est transférée aux fluides ou à l'air. Contrairement au rayonnement, la convection est complètement directe et a un effet puissant sur la température globale du PCB.

L'exemple le plus célèbre de convection est la cuisson de quelque chose. Après tout, presque tous les fours sont des fours à convection. La chaleur du four est transférée à l'air, ce qui lui permet de chauffer les choses.

La "cuisine" a également lieu lorsqu'il s'agit de matériaux PCB, et tout comme il est essentiel de connaître vos températures lors de la préparation d'aliments dans une cuisine, il est également nécessaire de connaître vos températures lors du chauffage de matériaux PCB.

Conduction

La forme la plus directe de canal de transfert de température est la conduction. En conduction, la chaleur est transférée entre une source de chaleur et un dissipateur de chaleur.

L'exemple le plus puissant de cela est lorsque la foudre frappe quelque chose de métallique ou de fluide. Dans ces exemples, la source de chaleur est la foudre et le dissipateur thermique est liquide ou métallique.

Savoir quels composants de votre PCB fonctionnent comme des sources de chaleur et quelles parties du PCB fonctionnent comme des dissipateurs de chaleur est un excellent moyen de déterminer quand il est judicieux de décider quels types de courants les composants peuvent supporter.

3. Tolérance de température des PCB

Les fabricants de PCB ont également des problèmes avec les composants de surchauffe dans les PCB parce qu'ils n'ont pas pris le temps d'apprendre à quels types de températures les matériaux peuvent résister.

Le simple fait de savoir cela et de faire une liste est quelque chose que chaque fabricant devrait faire. Garder à portée de main une liste indiquant à quel point chaque matériau peut chauffer est très utile et, dans de nombreux cas, nécessaire.

Par exemple, les panneaux PCB contiennent un matériau appelé FR-4, qui peut résister à des températures allant jusqu'à 90 à 110 degrés Celsius. Par conséquent, lors de la préparation d'un PCB avec des matériaux FR-4, vous devez être conscient de tous les courants impliquant ce matériau qui pourraient dépasser 110 degrés Celsius.

Connaître les types de températures des panneaux des PCB que vous envisagez de fabriquer est l'un des aspects les plus critiques de la microgestion de la température d'un PCB, mais aussi l'un des plus négligés.

4. Comment mesurer la température du PCB

Il est essentiel de comprendre à quels types de températures les matériaux de votre panneau PCB peuvent résister. Il est également nécessaire de savoir comment la chaleur est transférée entre les composants du PCB.

Connaître ces éléments vous aidera à microgérer la température globale de votre PCB. Une autre chose qu'il est bon de savoir est de savoir comment mesurer la température du PCB.

Mesurer, dans ce cas, ne signifie pas vérifier les températures ambiantes affichées.

Il s'agit plutôt de mesurer comment la température augmente et diminue. Connaître ces processus est l'une des méthodes les plus précises pour mesurer la température globale des PCB.

Il y a quelques éléments que vous devez identifier avant de mesurer la température du PCB de cette façon. Ce sont la source de chaleur principale et le capteur de température. C'est ainsi que la majeure partie de la chaleur est générée et que la plupart des courants ont lieu.

La prochaine chose à faire est de trouver la broche GND de la source de chaleur. Il est généralement connecté au substrat de la source de chaleur.

Après cela, vous pouvez mesurer la température du PCB en procédant comme suit :

Utilisation d'un plan de masse commun entre le capteur de température et la source de chaleur.

Vous connectez les broches GND de tous les capteurs de température au plan de masse de la source de chaleur.

Vous maintenez le capteur de température et la source de chaleur raisonnablement proches l'un de l'autre sur le circuit imprimé.

Cela vous permettra de suivre avec précision et cohérence la température globale du PCB et de la source de chaleur principale.

5. Résultats causés par une température de PCB excessive

Savoir comment mesurer les températures des PCB de manière précise et adéquate est une chose. Mais que se passe-t-il lorsque les composants et les matériaux d'un PCB deviennent trop chauds ?

Des températures excessives détruiront l'intégrité de la couche.

Que se passe-t-il lorsque quelque chose devient anormalement chaud ou froid ? Ils se dilatent et se contractent, respectivement.

Les PCB ne sont pas différents. Les couches du PCB sont sensibles aux températures. Des températures excessives déformeront la longueur, la largeur et l'épaisseur de toute couche de PCB si elles ne sont pas microgérées.

Pour en revenir à l'exemple de la convection au chapitre 2, cela revient à laisser des aliments trop longtemps dans le micro-ondes, ce qui fait exploser l'aliment à l'intérieur.

Une chose similaire arrive aux couches de PCB si elles sont surchauffées.

L'énergie thermique dilate la plupart des substances, les altérant.

Les substances se dilatent lorsqu'elles sont surchauffées, modifiant leur forme d'une manière ou d'une autre.

Les matériaux de circuit n'en sont pas exempts. Des températures élevées peuvent modifier et modifieront la forme des lignes de transition dans ces matériaux de circuit. Lorsque cela se produit, cela modifie les dimensions des matériaux du circuit eux-mêmes.

Cela entraînera des pertes directes, de la distorsion et des décalages de fréquence dans les matériaux du circuit.

Les matériaux se dilatent à des rythmes différents.

Les matériaux d'un PCB ne se dilatent pas seulement lorsqu'ils se trouvent à des températures élevées, mais ils se dilatent également à des vitesses différentes.

La surface d'un PCB est composée soit de couches diélectriques, soit de couches métalliques conductrices. Ces couches s'étendent à différentes limites à différentes vitesses. Ces différences ne sont pas seulement distinctes de diélectriques et conductrices. Aucune couche diélectrique ou conductrice n'est créée égale.

L'une des erreurs les plus courantes que tout fabricant de PCB peut commettre est de confondre ces deux couches. Assurez-vous de prendre le temps de savoir avec quelle couche vous travaillez.

La soudure de la carte nécessite des températures différentes.

Le soudage et le brasage sont des compétences nécessaires pour quiconque souhaite produire, tester et fabriquer des PCB.

Savoir avec quel type de températures travailler lors du soudage et du brasage est quelque chose que tout le monde dans une entreprise de fabrication de PCB doit savoir, même s'il n'est pas directement impliqué dans le soudage et le brasage de n'importe quel matériau.

6. Choisir les bons matériaux de PCB

Une autre façon de microgérer et de régler correctement les températures des PCB consiste à choisir les matériaux appropriés pour les plaques. Choisir les mauvais matériaux rendra la microgestion de ces températures beaucoup plus compliquée qu'elle ne devrait l'être.

Le matériau le plus courant pour une plaque PCB est appelé FR-4. Toute personne qui débute dans WellPCB. Nous vous fournirons un service à guichet unique et des produits de haute qualité. Vous pouvez nous envoyer les documents dont vous avez besoin pour faire et obtenir un devis immédiatement! Qu'est-ce qu'on attend? Nous avons dix ans de fabrication de PCB ou qui veulent minimiser les risques devraient choisir ce matériau. Un fil conducteur sur les matériaux FR-4 est qu'ils peuvent bien résister aux températures.

Deux autres matériaux ne sont pas aussi courants que le FR-4, et ce sont le polyimide et le RF. Bien que ces deux éléments ne résistent pas aux températures et au FR-4, ils ont d'autres propriétés que les matériaux FR-4 n'ont pas.

Cette liste fournira la plupart des informations dont vous aurez besoin concernant ces matériaux concernant leurs capacités de température spécifiques.

Vous pouvez consulter la liste complète ici :https://bayareacircuits.com/material-library/.

7. Méthodes de réduction de la température des PCB

Enfin, il est temps d'explorer les moyens de réduire les températures des PCB. Ceux-ci peuvent être appliqués à n'importe quel matériau de n'importe quel PCB.

Dissipateurs de chaleur

Les pièces, les matériaux et les composants des PCB génèrent tous de la chaleur. Un dissipateur de chaleur approprié dissipera cette chaleur, permettant à la chaleur d'être microgérée.

Ventilateurs de refroidissement

Presque tous les appareils électroniques contiennent un ventilateur, mais beaucoup ne comprennent pas à quoi il sert.

Qu'il s'agisse d'un appareil électronique complet ou d'un WellPCB, nous vous fournirons un service unique et des produits de haute qualité. Vous pouvez nous envoyer les documents dont vous avez besoin pour faire et obtenir un devis immédiatement! Qu'est-ce qu'on attend? Nous avons dix ans d'appareils de fabrication de PCB; le but d'un ventilateur de refroidissement est de permettre à l'air chaud de sortir de l'appareil tout en y laissant entrer de l'air frais.

Les plaques plus épaisses nécessitent plus de puissance pour atteindre des températures élevées.

L'épaisseur de la plaque est l'un des problèmes les plus déroutants auxquels les fabricants sont confrontés lorsqu'ils traitent des températures de PCB.

Alors que des assiettes plus épaisses demandent plus de puissance pour atteindre des températures plus élevées, plus un plat est complet, moins il résiste. Cela peut ralentir la température. Cette anomalie permet encore une autre méthode de contrôle des températures des PCB.

Considérations sur l'intégration des caloducs

Quel est le but principal d'un tuyau donné ? Il s'agit d'organiser le flux d'une substance donnée.

C'est également vrai lors de la microgestion de la température des PCB, car les liquides impliqués dans la production de PCB peuvent absorber la chaleur, s'évaporer, puis se recondenser en liquide.

Ce type de processus vous permet de continuer à travailler avec tous les matériaux et composants avec lesquels vous devez travailler tout en microgérant automatiquement les températures impliquées.

Conclusion et résumé

Si vous possédez une attention aiguë aux détails et êtes bien informé, il n'est pas difficile de comprendre les causes et les solutions entourant la température des PCB. Des informations supplémentaires peuvent également être trouvées dans les archives d'articles de WellPCB.

Il y a beaucoup de choses à apprendre lorsqu'il s'agit de microgérer les températures des PCB, et la clé pour y parvenir est d'être patient et cohérent. Maîtriser l'art de gérer les températures des PCB prend du temps, et des guides comme celui-ci sont conçus pour en économiser beaucoup.

WellPCB s'est spécialisé dans le bon fournisseur de services PCB. Heureusement, il existe divers domaines de fabrication de PCB depuis un certain temps. Nous nous engageons à fournir des informations aux autres fabricants de PCB et à fournir les meilleurs matériaux, composants et services pour les deux.