Pourquoi la surveillance de la température des PCB est importante et comment la mesurer

Introduction

Ce PCBTok L'article présentera quelques raisons essentielles pour lesquelles nous devons surveiller la température du PCB et l'importance d'une mesure précise pour améliorer les performances et la durée de vie du PCB. La fiabilité exige que la température soit comprise ; même de petites fluctuations de température ont un impact. Commençons par les éléments clés.

Température PCB

Il s'agit du niveau de chaleur de votre circuit imprimé en degrés Celsius. C'est un élément essentiel à connaître pour vous assurer que votre PCB fonctionne correctement. Il peut être affecté par des températures élevées en raison de ses performances et de sa durabilité. Différents matériaux de PCB ont une limite de chaleur différente. Cartes FR-4 Les PCB peuvent supporter des températures allant jusqu'à 110°C par exemple. Les PCB haute température peuvent également supporter des températures supérieures à celles mentionnées ci-dessus. En fait, certains sont conçus pour résister à des températures supérieures à 150°C. Cependant, c'est toujours le matériau utilisé qui définit la limite de chaleur du PCB.

Comment mesurer la température du PCB

Détection des zones chaudes et gourmandes en énergie CI sur une puce nécessite une surveillance de la température. C'est un moyen de détecter les problèmes à un stade précoce. Cependant, avant de le faire, vérifiez la dilatation thermique que votre PCB peut supporter. PCB multicouches assurez-vous que le CTE sont assortis. Il s'agit d'une mesure permettant de mesurer la façon dont les matériaux se dilatent avec la chaleur. Les couches alignées évitent les problèmes de dilatation et assurent la durabilité.

Recherchez la source de chaleur

Déterminez quelle est la principale source de chaleur sur votre PCB. En général, c'est la microcontrôleur or microprocesseur. Cela vous aide à savoir exactement quand la température a augmenté d'un certain niveau. Composants PCB Les circuits imprimés génèrent le plus de chaleur. Pour éviter qu'ils ne surchauffent et ne s'abîment, il faut les surveiller. Tout d'abord, vous devez identifier la partie la plus chaude de votre circuit imprimé.

Assurez-vous que le capteur de température du PCB est en place

Assurez-vous que la température du PCB capteur a été installé correctement. Les composants peuvent être endommagés par la chaleur, c'est pourquoi il est essentiel de surveiller la chaleur. La chaleur peut être suivie à l'aide de capteurs montés en surface ou sur carte. Les données en temps réel de ces capteurs vous aident à éviter la surchauffe.

Localisez les broches de terre (GND)

Environ 60 à 65 % de la chaleur est transportée par ces broches vers le capteur. Vous obtenez la résistance thermique la plus faible de Broches GND, vous pouvez lire correctement votre capteur. Une bonne connexion permet de bien surveiller la chaleur.

Créer un équilibre thermique

Un plan de masse permet au capteur et à la source de chaleur d'atteindre un équilibre thermique. Il garantit que la chaleur se répartit de manière égale. La précision des relevés de température est assurée par équilibre thermique. Comme loi zéro de la thermodynamique constate que le système à l'équilibre thermique a la même température, la surveillance est fiable.

Connectez les broches GND

Les broches doivent être connectées. Cela facilite également le transfert de chaleur. Pour de meilleures lectures du capteur. La résistance thermique diminue lorsque les broches GND sont connectées à plan de masse fortement.

Maintenir la proximité

Dans la mesure du possible, gardez les capteurs près de la source de chaleur. Pour une lecture précise, gardez-les aussi près que possible. Cela garantit que le capteur capte la chaleur directement de la source. Plus ils sont nombreux, plus vous pouvez surveiller les changements de température en temps réel.

Quelle température est bonne pour un PCB ?

• Circuits imprimés standards

Le FR4 est le matériau le plus utilisé pour la plupart des circuits imprimés. Ce matériau est un stratifié époxy-verre. Il peut supporter des températures de 90 à 110 degrés Celsius. Pour les performances, il est important de rester dans cette plage. Cela peut entraîner des dommages. Si les limites sont dépassées.

• Cartes de circuits imprimés haute température

Ils pourraient résister à une température de transition vitreuse allant jusqu'à 170 degrés Celsius. Des matériaux spéciaux comme ISLAND Ils utilisent les normes IS410 et ISOLA IS420. ARLON Les autres options sont le 85N et le VT-901. La résistance à la chaleur est assurée par ces matériaux.

Quelle est l'augmentation de température acceptable pour une trace de PCB ?

Plusieurs facteurs entrent en jeu. La résistance, le courant et l'augmentation de température autorisée complètent la liste de ces paramètres. Habituellement, on mesure une augmentation de 10 degrés ou une augmentation de température de 10 degrés. C'est-à-dire au-dessus de la température ambiante de 25 degrés. Il est également possible, si le matériau de votre carte le permet, une augmentation de 20 °C. La gestion thermique et l'efficacité énergétique sont le résultat de cette norme. Elle fait référence à la hausse de température de la carte. Trace PCB devient. Vous pouvez choisir à quel point vous souhaitez élever votre planche. Pour la plupart des applications, dix degrés constituent une limite sûre.

Causes des températures élevées des PCB

1. Circuits haute fréquence

Dans les circuits à haute fréquence, des températures élevées se produisent souvent. Elles produisent plus de puissance et plus de chaleur. Par exemple, circuits radiofréquenceL'ingénierie des PCB se développe à un rythme soutenu. Ils sont complexes, mais pour de nombreuses raisons. Droit médical dispositifs, industriel Les produits et les smartphones les utilisent. Des techniques de conception spéciales sont nécessaires en raison de la chaleur qu'ils génèrent.

2. Distance entre les composants dans les CMS

La température du PCB est affectée par la distance entre les composants SMD. La fonctionnalité des composants montés en surface est la même que celle des composants traversants et se connecte au PCB par les trous. En d'autres termes, ils lissent le courant. Mais les CMS et les composants traversants nécessitent un espacement approprié. Si le courant est trop loin, il faut plus de temps pour atteindre. Certains composants refroidissent trop longtemps en raison du retard. Par conséquent, d'autres composants peuvent devenir trop chauds afin de compenser. C'est essentiel pour des raisons d'espacement.

3. Soudure incorrecte des composants du dissipateur thermique

La technique du trou traversant est utilisée pour monter le dissipateur de chaleur Composants. Ils alimentent le circuit imprimé. Ils doivent évacuer la chaleur lorsqu'ils produisent de la chaleur, ils doivent donc la dissiper dans l'air. La chaleur est dissipée si elle n'est pas soudée correctement. Cela peut provoquer une surchauffe. D'autres composants peuvent également interférer avec les performances du dissipateur thermique.

4. Dysfonctionnement des composants

Choisissez chaque composant pour une performance maximale. Certains composants ne fonctionneront pas s'ils tombent en panne. Cela affectera d'autres composants. Cette contrainte supplémentaire peut provoquer une surchauffe.

5. Interférence à travers le trou

L'alimentation est fournie à travers le trou Les composants sont des dissipateurs de chaleur. Ils génèrent de la chaleur et la libèrent dans l'air. Des problèmes surviennent si le dissipateur de chaleur est mal soudé. Le trou traversant peut également être perturbé par d'autres composants. L'avantage ici est que cela entraîne une production de chaleur plus importante pour ces composants.

6. Soudure sans plomb

Les soudures sans plomb peuvent provoquer des températures élevées sur les circuits imprimés. Les circuits imprimés évoluent vers des matériaux plus sûrs. Cela fait partie de la norme RoHS. PCB RoHS sont soudure sans plomb pour réduire les risques. Étant donné que la soudure sans plomb nécessite des températures plus élevées pour couler, il arrive parfois qu'elle ne coule pas. Elle peut chauffer votre PCB, ce qui peut être mauvais.

Pourquoi est-il important de surveiller la température du PCB ?

Perte de force

La chaleur peut endommager l'intégrité structurelle d'une planche si elle est appliquée en trop grande quantité. Les changements de température sont sensibles à Couches de PCBSi les températures montent et descendent trop, les couches se dilatent et se contractent.

Interférence avec les chemins de circuit

La quantité de chaleur qu'il peut appliquer à un circuit peut devenir excessive. Cela peut provoquer une dilatation des circuits, puis un changement de forme. De tels décalages et distorsions sont inhérents à ce phénomène. Vous pouvez également vous retrouver avec une perte de signal. Cela peut modifier l'impédance standard du conducteur de 50 ohms. En particulier, les circuits à ondes millimétriques et à micro-ondes sont particulièrement vulnérables. Les petits composants s'abîment facilement.

Taux de dilatation de différents matériaux

Un circuit imprimé comporte deux principaux types de couches. Il s'agit de la couche diélectrique et de la couche conductrice. Chaque type est fabriqué à partir de matériaux différents. Ensuite, lorsqu'elles sont chauffées, elles se dilatent de manière inégale. Cette dilatation inégale entraîne de graves problèmes. Les couches peuvent commencer à se séparer les unes des autres. Un tel circuit imprimé surchauffé peut faire bien pire. Sous l'effet de la contrainte, les couches peuvent se fissurer. Il peut s'agir de fissures qui perturbent les chemins de circuit. Si vous voyez des fissures, vous pourriez également voir des problèmes de performances.

Rouille et dommages

Il peut également oxyder les matériaux diélectriques exposés. Il est vulnérable sans un stratifié protecteur. Ce matériau rouillera à haute température. La rouille peut être vraiment néfaste. Elle peut vous priver de lignes de transmission. Il est également possible que le facteur de dissipation soit plus élevé. Vous gaspillerez donc plus d'énergie dans vos circuits. Ces problèmes peuvent être évités en contrôlant les températures.

Séparation des couches

Il est important de surveiller la température du PCB pour éviter délamination. Les couches du PCB peuvent se délaminer. Le symbole peut également apparaître entre les traces de cuivre et le substrat. Il peut se produire avec le masque de soudure et son matériau de base. Certains matériaux se dilatent à une vitesse différente de celle d'autres matériaux. Cela crée des contraintes sur les couches. Finalement, les couches peuvent commencer à se séparer. La délamination est évitée en maintenant les températures stables.

Pliage et torsion de PCB

La forme du PCB peut être modifiée par une chaleur extrême. Cela exerce une pression sur les composants, sur une connexion. Ainsi, lorsqu'une telle chose se produit, les joints de soudure se fissurent. Ils peuvent se casser ou se détacher. Quelques pièces peuvent se séparer complètement. Cela permet d'éviter ces problèmes en contrôlant les températures.

Défaillances des composants

Les différents composants tolèrent la chaleur différemment. Des problèmes peuvent survenir en cas de chaleur ou de froid excessifs. Vous pouvez voir des pièces fissurées ou déformées. Même les matériaux internes peuvent se dégrader. Il peut s'agir de courts-circuits ou de circuits ouverts. Ces problèmes peuvent être évités en surveillant la température.

Défaillances dans les joints de soudure

La connexion des composants au PCB se fait à l'aide de joints de soudure. Ces connexions peuvent être endommagées par des températures très élevées. En cas de chaleur élevée, la soudure peut fondre. Cela peut entraîner des courts-circuits. La soudure est cassante à basse température. La soudure peut être cassante et se fissurer ou se casser.

Humidité et condensation

De la condensation peut se former en cas de changements rapides de température. Cette humidité peut provoquer des courts-circuits. Elle peut également entraîner des problèmes de corrosion. L'humidité emprisonnée peut geler à basse température. Cela peut endommager le PCB et ses composants. Surveillez les changements de température de votre PCB.

Comment contrôler la température du PCB

• Dissipateurs

Un PCB génère beaucoup de chaleur. Cette chaleur provient de nombreux composants. Vous devez trouver un moyen d'évacuer cette chaleur. Dans ce cas, les dissipateurs thermiques sont une bonne solution. Ils permettent d'évacuer la chaleur en toute sécurité. Ils évitent d'endommager la carte. S'il n'y a pas de dissipateurs thermiques, les composants peuvent tomber en panne prématurément. Vous aurez besoin d'un type de dissipateur thermique pour refroidir l'ensemble du PCB.

• Laminates

Les stratifiés haute température aident à contrôler les températures des circuits imprimés. Ils protègent vos doigts contre les brûlures. Des propriétés clés déterminent le choix des stratifiés. Une meilleure protection peut être trouvée dans un matériau avec une température de transition vitreuse plus élevée. Vous vérifiez le temps de délamination, plus c'est long, mieux c'est. L'absorption d'humidité compte également dans des conditions humides. Une meilleure sécurité provient d'une température de décomposition plus élevée. Les dommages seront encore réduits par des taux d'expansion de l'axe z plus faibles.

• Largeur et épaisseur de la plaque

Votre Épaisseur du PCB affectera sa dissipation thermique. Les plaques plus épaisses conduisent moins la chaleur. Cela signifie qu'elles retiennent plus de chaleur. Les plaques fines permettent une meilleure circulation de la chaleur. Elles rendent la carte plus froide. Il vous suffit de sélectionner la largeur et l'épaisseur appropriées de votre conception. Les problèmes de chauffage peuvent être évités avec les dimensions appropriées. L'ingénierie peut vous aider à choisir la meilleure option. Cela permettra à votre PCB de fonctionner aussi bien qu'il le devrait. L'épaisseur et la largeur de la plaque sont toutes réglées correctement pour manipuler la chaleur.

• Ventilateurs

Les ventilateurs sont le plus souvent utilisés pour refroidir la plupart des appareils électroniques. Les ventilateurs aident à refroidir votre PCB. Au lieu de cela, ils éloignent la chaleur de l'appareil. En même temps, ils aspirent de l'air frais. Cela évite la surchauffe du PCB. Un bon flux d'air permet également au PCB de durer plus longtemps. Il améliore également les performances de l'appareil.

• Considération des matériaux et des composants

Le contrôle de la chaleur dans les PCB dépend du choix des bons matériaux. PCB en cuivre lourd sont résistants à la chaleur, solides et durables. Les températures et les courants élevés ne posent aucun problème pour eux, ce qui les rend parfaits pour les voitures et les avions. Mais le FR-4 que de nombreux PCB utilisent est ignifuge, mais pas très résistant à la chaleur. Si votre PCB est en FR-4, n'ayez pas peur de concevoir pour minimiser la chaleur. Matériaux RF et polyimide peut également surchauffer. cartes RF, Le PTFE est courant mais risque de maculer s'il devient chaud.

• Alignement des CTE

Le CTE est un paramètre qui reflète la dilatation d'un matériau lorsqu'il est chauffé. Dans la conception de circuits imprimés, essayez de déterminer le CTE au niveau des couches diélectriques et de cuivre. Cela permet aux couches de croître de manière égale et de causer beaucoup moins de dommages. Les couches ne se dilatent pas au même rythme si les CTE ne sont pas alignés. Cela peut entraîner des problèmes de travail et d'assemblage. Le perçage peut être problématique avec ce matériau. Si vous ne voulez pas de surchauffe, choisissez des matériaux avec des CTE plus petits. Ils ont un CTE élevé et ne sont pas idéaux. À la place, utilisez du PTFE rempli de verre tissé. Le CTE et les performances thermiques du PTFE rempli de céramique sont meilleurs.

• Maintenir un espacement approprié

Il est difficile de déterminer l'espacement des composants sur un PCB. Si les composants sont trop proches, des problèmes se produiront sous forme de diaphonie. Cela signifie simplement que différentes pièces interagissent de manière différente et indésirable. En conséquence, il s'agit de pertes résistives, qui génèrent également plus de chaleur. C'est souvent un problème pour PCB haute fréquenceCela signifie que vous devez prendre en compte l’espacement des composants.

• Intégrer correctement les caloducs

En plaçant des caloducs dans un PCB, la chaleur est gérée. Mais les caloducs absorbent la chaleur et protègent leurs composants. Les petits appareils s'y adaptent bien. L'utilisation de caloducs peut résoudre d'autres problèmes, si votre appareil dispose d'un espace limité. Ils transportent de l'ammoniaque ou de l'eau. Ils absorbent la chaleur et se transforment en vapeur. Cela refroidit également très bien le PCB. L'utilisation appropriée de caloducs protège contre les dommages causés par la chaleur.

• Indice thermique relatif et température maximale de fonctionnement

L'indice thermique relatif (ITR) est la capacité d'un matériau à gérer la chaleur. Il vous indiquera la température la plus élevée que vous pouvez supporter en dehors du matériau sans l'endommager. Il s'agit de la température de fonctionnement maximale d'un PCB. Cependant, si vous négligez ces chiffres, la carte peut tomber en panne. Utilisez des matériaux qui ne chauffent pas bien.

FAQ sur la température des PCB

• Que se passe-t-il si la température monte trop haut ?

À des températures supérieures à 50°C ou 100°C, des problèmes peuvent survenir. Si ce qui est tiré fonctionne sur une carte FR4, il devrait pouvoir fonctionner avec une piste en cuivre sur une carte. Cependant, les composants à proximité seront également affectés. Cela augmente leur température trop haut. Cela peut compromettre l'intégrité de votre carte. Vous pouvez également constater une perte de puissance. Parfois, vous devez surveiller les températures de près pour éviter tout dommage.

• Une température élevée peut-elle endommager un PCB ?

Un circuit imprimé peut être endommagé par des températures élevées. De tels problèmes, notamment les défaillances des joints de soudure et la séparation des couches, sont causés par la chaleur. Les composants peuvent également être endommagés. La plupart des circuits imprimés FR-4 standard fonctionnent à 130-140 °C. PCB en céramique peut être utilisé à des températures supérieures à 350 °C. Choisissez toujours les matériaux adaptés à l'application. Les joints de soudure sont susceptibles d'être endommagés par la chaleur. Cela peut dégrader ou arrêter le fonctionnement des composants. Si le PCB a joints de soudure à froid, les connexions sont rompues.

• Les PCB HDI nécessitent-ils une attention particulière en ce qui concerne la température du PCB ?

Haute puissance et PCB haute densité Les cartes mères nécessitent des soins particuliers. Elles génèrent beaucoup de chaleur. Il faut donc utiliser de meilleures stratégies de gestion thermique. Il ne suffit pas forcément de refroidir les composants de base. Étant donné les solutions de refroidissement avancées dont ces cartes ont souvent besoin, elles nécessitent un ajustement approprié. Si l'utilisation de dissipateurs thermiques ou de ventilateurs n'est pas idéale, envisagez des chemins parallèles. Cela garantit la sécurité de votre PCB grâce à une bonne gestion de la chaleur. Cela améliore également les performances et la durée de vie. Vous devez toujours prévoir la dissipation de la chaleur dans votre conception.

• Un PCB peut-il supporter une température supérieure à la limite pendant une courte période ?

Des dommages immédiats peuvent ne pas se produire même après une exposition de courte durée. Cependant, cela n'est pas conseillé. Le PCB est également endommagé par des températures élevées, même brèves. En général, une exposition prolongée peut entraîner une dégradation du matériau. Les pannes peuvent être augmentées en raison de cycles de chaleur répétés. Cela peut rendre vos circuits plus ou moins fiables. Des limites de température, nécessaires à des opérations sûres, sont imposées. Cela permet à votre PCB de durer plus longtemps. L'utilisation de ces limites permettra de maintenir les performances et la fiabilité sur la bonne voie.

Conclusion

Avec ce blog PCBTok, nous avons abordé les questions clés concernant les PCB et la gestion de la température. Nous avons ensuite parlé de la façon dont les températures élevées dégradent les PCB et de ce à quoi ils doivent faire attention lorsqu'il s'agit de conceptions à haute puissance. Nous avons également examiné si les PCB pouvaient fonctionner à des températures supérieures aux températures maximales autorisées pendant une courte période.