Gestion de la Température PCB : Stratégies Prouvées pour Contrôler la Chaleur

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

La forme physique d'un PCB est composée de pistes, trous, couches, trous traversants, et masques de soudure. Chacune de ces choses peut être affectée par la température du PCB.

Un effet boule de neige de problèmes peut survenir si les températures du PCB augmentent linéairement. Si non contrôlé, cela affectera négativement la performance du PCB.

Cet article fournira un aperçu de la conception de cartes à haute température et comment les températures peuvent être micromanagées.

1. Causes de la Haute Température PCB

La première étape dans la micromanagement de quoi que ce soit est de détecter la source du micromanagement 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 haute température du PCB.

Une haute température PCB peut mener à des problèmes de performance. Quand les courants sont trop forts à travers un PCB, les températures monteront.

Il y a trois signes révélateurs de cette anomalie.

Dissipation des Composants

C'est le premier signe que les températures dans un PCB montent trop haut. 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 du composant se produit quand un composant du PCB ne génère pas le genre de puissance qu'il génère habituellement. Cela cause d'autres caractéristiques à créer plus d'énergie que d'habitude pour équilibrer le composant dissipant.

Si le courant qui traverse une résistance est inconstant, le condensateur et les autres composants majeurs de la carte de circuit porteront une charge plus importante que d'habitude pour compenser.

Trous Traversants

L'une des choses les plus courantes qui fournissent de l'énergie à un composant est le dissipateur thermique. Les composants de dissipateur thermique sont aussi connus sous le nom de composants traversants.

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

Si un autre composant sur le PCB interfère avec les trous traversants ou dissipateurs thermiques, cela causera les autres caractéristiques à travailler en heures supplémentaires pour générer plus de chaleur que nécessaire.

Composants CMS

CMS signifie « surface-mount device » (dispositif de montage en surface). Il est connecté à un PCB tout comme un composant traversant et permet aux courants de voyager plus facilement entre les composants traversants et dissipateurs thermiques.

En ce qui concerne le maintien des températures 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 CMS.

S'ils sont trop loin, cela pourrait prendre trop de temps pour que l'énergie voyage vers et depuis ces composants. Cela peut résulter en des pièces restant froides trop longtemps, ce qui causera la surchauffe d'autres membres. S'ils sont trop proches l'un de l'autre, la température sera anormalement élevée.

Beaucoup de ces informations viennent de WellPCB, une organisation spécialisée dans l'exploration de nouvelles façons de micromanager les températures 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 est conscient de cela, ainsi que des multiples canaux de transmission de température PCB.

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

Rayonnement

Quand les gens font référence à l'énergie thermique sous forme d'ondes électromagnétiques, ils parlent de rayonnement. La chaleur rayonnante est généralement générée passivement, signifiant que vous ne pouvez pas directement abaisser ou augmenter la température par rayonnement.

La chaleur rayonnante 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 PCB sont aussi affectées par l'énergie thermique.

Quand il s'agit de température, rien n'est vraiment négligeable. Pensez à ce qui arriverait si un avion déviait d'un seul degré de sa trajectoire. Si cela arrive, il atterrira dans un endroit différent de celui prévu, peu importe à quel point la distance pourrait être courte.

Les températures PCB fonctionnent de la même façon. 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 pas de moyen de micromanager la chaleur rayonnante directement, il est possible de la micromanager indirectement. Être dans un environnement avec une température constante lors de la construction et fabrication de PCB est une façon de le faire.

Convection

La convection a lieu quand 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 quand on cuisine quelque chose. Après tout, presque tous les fours sont des fours à convection. La chaleur du four est transférée à l'air, ce qui permet de chauffer les choses.

« Cuisiner » a aussi lieu quand il s'agit de matériaux PCB, et tout comme il est essentiel de connaître vos températures lors de la préparation de nourriture dans une cuisine, il est aussi nécessaire de connaître vos températures lors du chauffage des matériaux PCB.

Conduction

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

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

Savoir quels composants de votre PCB fonctionnent comme sources de chaleur et quelles parties du PCB fonctionnent comme dissipateurs thermiques est une excellente façon de déterminer quand il est une bonne idée de décider quels types de courants les composants peuvent supporter.

3. Tolérance de Température PCB

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

Juste savoir cela et faire une liste est quelque chose que chaque fabricant devrait faire. Garder une liste sous la main affichant 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 supporter des températures jusqu'à 90 à 110 degrés Celsius. Par conséquent, lors de la préparation d'un PCB avec des matériaux FR-4, vous devriez être conscient de tout courant impliquant ce matériau qui pourrait dépasser 110 degrés Celsius.

Savoir quels types de températures les panneaux des PCB que vous prévoyez de fabriquer peuvent supporter est l'un des aspects les plus critiques de la micromanagement de la température d'un PCB, mais aussi l'un des plus négligés.

4. Comment Mesurer la Température PCB

Il est essentiel de comprendre quels types de températures vos matériaux de panneau PCB peuvent supporter. Il est aussi nécessaire de savoir comment la chaleur est transférée parmi les composants du PCB.

Savoir ces choses vous aidera à micromanager votre température PCB globale. Une autre chose qui est bonne à savoir est comment mesurer la température PCB.

Mesurer, dans ce cas, ne signifie pas vérifier les températures environnementales qui sont affichées.

Cela fait plutôt référence à mesurer comment la température augmente et diminue. Connaître ces processus est l'une des méthodes les plus précises de mesure de la température globale du PCB.

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

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

Après avoir fait cela, vous pouvez mesurer la température PCB en faisant ces trois choses :

• Utiliser un plan de masse commun entre le capteur de température et la source de chaleur.
• Connecter les broches GND de tous les capteurs de température au plan de masse de la source de chaleur.
• Garder le capteur de température et la source de chaleur raisonnablement proches l'un de l'autre sur le PCB.

Faire cela vous permettra de suivre avec précision et constance la température globale du PCB et la source de chaleur primaire.

5. Résultats Causés par une Température PCB Excessive

Savoir comment mesurer les températures PCB avec précision et adéquation est une chose. Mais que se passe-t-il quand les composants et matériaux d'un PCB deviennent trop chauds ?

Les températures excessives détruiront l'intégrité de la couche.

Qu'arrive-t-il quand 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. Les températures excessives déformeront la longueur, la largeur et l'épaisseur de toute couche de PCB si elles ne sont pas micromanagées.

Revenant à l'exemple de convection au chapitre 2, cela ressemble à laisser de la nourriture au micro-ondes trop longtemps, causant l'explosion de 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 quand elles sont surchauffées, altérant leur forme d'une certaine manière.

Les matériaux de circuit ne sont pas exempts de cela. Les hautes températures peuvent et vont changer la forme des lignes de transition dans ces matériaux de circuit. Quand cela arrive, cela changera les dimensions des matériaux de circuit eux-mêmes.

Cela résultera en pertes droites, distorsion, et décalages de fréquence dans les matériaux de circuit.

Les matériaux se dilatent à des taux différents.

Les matériaux dans un PCB ne se dilateront pas seulement quand ils sont autour de hautes températures, mais ils se dilateront aussi à des taux différents.

La surface d'un PCB est composée soit de couches diélectriques, soit de couches de métal conducteur. Ces couches se dilatent à des limites différentes à des vitesses différentes. Ces différences ne sont pas seulement séparées entre diélectrique et conducteur. Aucune couche diélectrique ou conductrice n'est créée égale.

L'une des erreurs les plus courantes qu'un fabricant de PCB peut faire est de confondre ces deux couches. Assurez-vous de prendre le temps de savoir quelle couche vous utilisez.

Le brasage de carte nécessite différentes températures.

Le soudage et le brasage sont une compétence nécessaire pour quiconque souhaite produire, tester, et fabriquer des PCB.

Savoir quels types de températures travailler avec quand on soude et brase est quelque chose que n'importe qui dans une entreprise de fabrication de PCB doit savoir, même s'ils ne sont pas directement impliqués dans le soudage et brasage de matériaux.

6. Choisir les Bons Matériaux PCB

Une autre façon de micromanager et de correctement régler les températures pour les PCB est de choisir les bons matériaux pour les plaques. Choisir les mauvais matériaux le rendra beaucoup plus compliqué qu'il ne devrait l'être de micromanager ces températures.

Le matériau le plus commun pour une plaque PCB s'appelle FR-4. N'importe qui qui commence 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'attendons-nous ? Nous avons dix ans de fabrication PCB ou qui veulent minimiser les risques devraient choisir ce matériau. Un fil conducteur sur les matériaux FR-4 est qu'ils résistent bien aux températures.

Deux autres matériaux ne sont pas aussi communs que FR-4, et ce sont le polyimide et RF. Bien que ces deux ne résistent pas aux températures comme 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 voir la liste complète ici : https://bayareacircuits.com/material-library/.

7. Méthodes de Réduction de la Température PCB

Finalement, il est temps d'explorer les façons de réduire les températures PCB. Celles-ci peuvent être appliquées à n'importe quel matériau de n'importe quel PCB.

Dissipateurs Thermiques

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

Ventilateurs de Refroidissement

Presque tous les appareils électroniques contiennent un ventilateur, mais beaucoup ne comprennent pas quel est son but.

Qu'il fasse partie d'un dispositif électronique entièrement achevé ou d'un 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'attendons-nous ? Nous avons dix ans de fabrication PCB dispositifs ; le but d'un ventilateur de refroidissement est de laisser l'air chaud sortir du dispositif tout en laissant l'air frais y entrer.

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

L'épaisseur de la plaque est l'un des problèmes plus confus que les fabricants rencontrent quand ils traitent avec les températures PCB.

Alors que les plaques plus épaisses prennent plus de puissance pour atteindre des températures plus hautes, plus une assiette est large, moins elle résiste. Cela peut ralentir la température. Cette anomalie permet encore une autre méthode de contrôle des températures PCB.

Considérations d'Intégration de Caloducs (Heat Pipes)

 

Quel est le but principal de n'importe quel tuyau donné ? C'est d'organiser le flux de n'importe quelle substance donnée.

C'est aussi vrai lors de la micromanagement de la température PCB, car les liquides impliqués dans la production PCB peuvent absorber la chaleur, s'évaporer, puis se condenser de nouveau en liquide.

Ce genre de processus vous permet de continuer à travailler avec quels que soient les matériaux et composants dont vous avez besoin tout en micromanageant les températures impliquées automatiquement.

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 solutions entourant la température PCB. Des informations supplémentaires peuvent être trouvées dans les archives d'articles de WellPCB également.

Il y a beaucoup de choses à apprendre quand il s'agit de micromanager les températures PCB, et la clé pour faire cela est d'être patient et constant. Maîtriser l'art de gérer les températures 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 y a divers champs de fabrication PCB depuis un certain temps. Nous sommes engagés à fournir de l'information pour d'autres fabricants de PCB et à fournir les meilleurs matériaux, composants et services pour les deux.