Probleme mit dem Design der PCB-Heizung

Ich verwende Kupferschienen, die auf einer FR4-Platine als Heizgerät ausgelegt sind. Es ist ein Serpentinendesign mit 0,3 mm breitem Kupfer und 0,2 mm Abstand. Ich habe drei Schienensätze, die ich auf unterschiedliche Temperaturen aufheizen möchte, eine davon auf 95 °C.

Bei etwa 85 °C beginnt sich das Brett in der Nähe der Gleise zu verformen (siehe Bild), wobei Rauch aus den Gleisen austritt.Verformte Cu-SpurenVerformte Cu-Spuren_2

Meine Frage ist, hilft eine Erhöhung der Breite der Spuren bei der Erhöhung der thermischen Stabilität? Spielt da auch der Abstand eine große Rolle?

Hilft die Verwendung einer dickeren Platte bei der Bewältigung der thermischen Belastung? Wenn nicht, wie kann ich die Kühlkörperfunktion dafür hinzufügen?

FWIW, ich verwende einen TIP122-Transistor mit einem PWM-Eingang, um ihn aufzuheizen. Die Stromaufnahme beträgt ca. 1,5 ~ 2 A.

Wie hoch ist die Verlustleistung Ihres Geräts? Ist die Kupferdicke 2-oz 0,07 mm und 1,5 mm die FR-4-Platine?
Wie misst du die Temperatur?
Die FR-4-Platine ist 1 mm dick. Bei der Kupferstärke bin ich mir aber nicht sicher. Ich bin mir nicht sicher über die Verlustleistung des Geräts. Ich habe den TIP122 mit einer 12-V-Versorgung betrieben und das Gerät nahm weniger als 2 A auf, bevor es zu rauchen begann.
Ich messe die Temperatur mit einem LM35, der auf die Gleise geklebt ist
Verwandte Themen: Diese ausgezeichnete Referenz – TI Analog Engineer's Pocket Reference – 4. Ausgabe – bietet einige nützliche Informationen zu Strom-/Spannungsabfall-/Hitze-/Sicherungsproblemen auf PCB-Schienen. Vor allem Seiten 55-68.

Antworten (2)

Die thermische Stabilität ist nicht Ihr Problem. Entweder führen Sie Ihre Spuren heißer als Sie denken, oder Ihr Substrat ist nicht FR4. Ihre Temperaturen sind hoch genug, dass das Epoxid versagt und die Platte delaminiert.

Da Sie einen Temperatursensor an den Spuren angebracht haben, gehe ich davon aus, dass Ihre Temperaturmessung genau ist. Also konzentriere ich mich auf das Substrat. Leider sagt "FR-4" nichts über die tatsächlichen Materialien aus, die bei der Herstellung einer Leiterplatte verwendet werden. Es bezieht sich nur auf die Entflammbarkeit – „FR“ steht schließlich für „Flame Resistance“. Schlimmer noch, FR4 ist wie Kleenex zu einem Oberbegriff geworden, und es gibt keine Garantie dafür, dass ein mit FR4 gekennzeichnetes Substrat tatsächlich dem Standard entspricht. Diese Seite listet zum Beispiel die kontinuierliche Betriebstemperatur für FR4 als Minimum 285 F (140 ° C) auf, sodass ein echtes FR4-Substrat Ihre Situation überstehen sollte.

Ich würde vorschlagen, einen anderen PCB-Lieferanten zu finden.

Du hattest in beiden Punkten Recht! Der LM35 reagierte langsam auf die thermischen Veränderungen, UND das Board war nicht wirklich FR4, sondern aus Bakelit - ich wusste vorher nichts über den Unterschied. Danke für die Hilfe!

Sie mischen Materialien mit sehr unterschiedlichen thermischen Widerständen. Eine typische gemeinsame Kupferebene von PCB (2-oz 0,07 mm) hat einen seitlichen Wärmewiderstand von 40 ° C / W und 1,5 FR4-Boards von 2.400 ° C / W!

Die seitliche Wärme fließt also durch Kupfer, dh von den Seiten der Leiterplatte. Dies kann durch große Fläche und kurze Wege gelöst werden (bezieht sich auf den thermischen Fluss). Selbst bei dickeren Platten fließt die Wärme also immer noch durch Kupfer.

Auch breite Lücken zwischen Kupferbahnen tragen zum Temperaturanstieg bei.

Eine doppelseitige Platine hilft, da in diesem Fall die Wärme durch die Platine fließt.

Mit sorgfältigem Design können Sie den Gesamtwärmewiderstand auf 8oC im Vergleich zu 160oC reduzieren.

Würden dickere Kupferbahnen einen Unterschied in Bezug auf die Temperaturstabilität machen? Würde es auf jeden Fall helfen, eine Art Kühlkörper an der Unterseite der Platine (Aluminium?) Zu haben?
Ich glaube, ich habe einige kundenspezifische Heizbetten für den 3D-Druck gesehen, die mit der Kupferschienentechnik hergestellt wurden, wo ich glaube, dass sie eine einseitige Leiterplatte verwendet haben. Bei den anderen Parametern bin ich mir aber nicht sicher.
Dickeres Kupfer ist umgekehrt proportional zum Wärmewiderstand, fügt aber ein wenig hinzu. Der Kühlkörper im Boden entspricht der zweiten Kupferschicht (doppelseitige Leiterplatte). Über allem steht die Oberfläche des Geräts. Wenn beispielsweise die Verlustleistung 24 W beträgt und der Zieltemperaturanstieg 95 °C beträgt, sollte die Fläche des Kupfers etwa 25 cm² betragen, die großflächig mit kurzen Wegen verteilt ist.
@KoushikS: Beziehst du dich vielleicht auf reprap.org/wiki/PCB_Heatbed ?
@davidcary War nicht darauf gestoßen (danke!). Bezog sich auf dies und das
Probleme mit dem Design der PCB-Heizung
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