Wärmewiderstand, PCB-Betriebstemperatur und PCB-Selbsterwärmung

Wovon hängt die maximale PCB-Betriebstemperatur für eine PCB im Allgemeinen ab?

Tg ist in vielerlei Hinsicht ein begrenzender Faktor für das Laminat (nicht zur Zerstörung, sondern aus anderen Gründen - siehe unten), aber normalerweise sind es die montierten Komponenten, die die normale Betriebstemperatur begrenzen, da ihre maximalen Betriebstemperaturen normalerweise weit unter Tg liegen; Beachten Sie, dass Tg bei den meisten PCB-Materialien keine plötzliche Änderung ist und die angegebene Temperatur normalerweise in der Mitte des Nenntemperaturbereichs liegt.

Es gibt eine Reihe verschiedener Laminatmaterialien mit unterschiedlichen Glasübergangstemperaturen (und können mit einem Standard verglichen werden ).

Konstruktionen mit hoher Zuverlässigkeit haben normalerweise ein „High Tg“-Laminat (Tg >= 170 °C) wie dieses (ein sehr häufig verwendetes Material).

Die Tg ist während des Aufschmelzens von Bedeutung, wo die Temperatur die Nenn-Tg immer für einige Zeit übersteigt (bei einem Zinn-Blei-Prozess liegt die Spitzentemperatur bei etwa 205 °C bis 215 °C und bei bleifreier Verwendung einer SAC- Lötpaste zwischen 235 und 250 °C). .

Die Zeit über Tg ist eine Schlüsselüberlegung; für Produkte mit dichten Durchkontaktierungsfeldern wird eine hohe Tg empfohlen; oberhalb von Tg nimmt die Z-Achsen-Ausdehnung stark zu ( von typischerweise 35 bis 55 ppm je nach Material auf über 230 ppm); Oberhalb von Tg belastet dies die Kupfer-Durchgangshülsen stark, da sie eine lokale Ausdehnung der Z-Achse verhindern, wodurch das Material gezwungen wird, sich stattdessen in der X-/Y-Achse auszudehnen, und Durchkontaktierungen brechen können.

Die Minimierung der Zeit über Tg durch Verwendung eines Materials mit hoher Tg verringert das Risiko einer Beschädigung der Durchkontaktierung.

Ich habe gesehen, dass dies bei Materialien mit niedrigem Tg passiert ist, und keine Menge von Tests mit blankem Laminat wird dies zeigen, da es sich um einen Effekt des Reflow handelt - das blanke Laminat wurde diesen Temperaturen und sogar 100% Netzlistentests nicht ausgesetzt (was üblich ist). kann dies nicht vorhersagen, sodass Sie erst nach der Montage ein defektes Produkt erhalten .

Dies bedeutet nicht, dass Sie kein Material mit niedrigerer Tg verwenden können, aber es bedeutet, dass Sie die Wirkung bewerten müssen. Die meisten Montagehäuser können Ratschläge zu den Besonderheiten eines bestimmten Designs geben.

Die Eigenerwärmung von Leiterplatten ist auf die Wärme von montierten Komponenten und auf Temperaturanstieg auf Stromversorgungsschienen und -ebenen oder anderen Hochstrompfaden wie Backplane-Treibern zurückzuführen (hier finden Sie einen Rechner dafür oder holen Sie sich das Saturn-Leiterplatten-Toolkit, das ich persönlich sehr schätze empfehlen und hat viel mehr als nur einen Temperaturanstiegsrechner).

Wenn sich eine Komponente aufgrund interner Verlustleistung erwärmt, steigt die lokale PCB-Temperatur; Da die Wärmeleitfähigkeit der meisten Arten von Epoxidlaminaten ziemlich niedrig ist (0,4 W / mK aus dem verlinkten Laminatdatenblatt) (K = Kelvin, m = Meter), kommt es zu einer lokalen Erwärmung - dies ist der Grund, warum viele solcher Geräte ein Metallpad haben auf der Unterseite des Gehäuses, um die Wärmeverteilung auf das Kupfer auf der Leiterplatte zu unterstützen).

Für Ihr Beispiel hat TI einen Anwendungsbericht , der genau beschreibt, wie diese Zahlen gemessen werden, die ich hier nicht wiederholen werde; Ein wichtiger Punkt ist, dass sie eine bestimmte Leiterplatte (bestimmte Anzahl von Schichten, bestimmte Kupfermenge) verwenden, die sich in den meisten Fällen zwangsläufig von der tatsächlichen Anwendung unterscheiden wird. Um die angezeigten Werte zu erhalten, müssen Sie mindestens die gleiche Menge Kupfer auf den angegebenen Schichten wie im Test bereitstellen. Konsultieren Sie daher immer den Bericht oder das Datenblatt, das häufig auf eine JEDEC-Standard-Leiterplatte von JESD 51 verweist).

Der Übergang zum Umgebungswärmewiderstand ist der effektive Wärmewiderstand aller möglichen Pfade zur Umgebung; es gibt serielle und parallele Pfade und das zeigt der Anwendungsbericht, den ich Ihnen sehr empfehle zu lesen.

Um Ihnen das Erlernen des thermischen Designs zu erleichtern, beträgt der Wärmewiderstand von Kupfer in Standarddicken von Leiterplatten 70 Grad Celsius pro Watt pro Quadratfolie. Für Quadrate jeder Größe. Wärme fließt von Kante zu Kante, nicht von Angesicht zu Angesicht.

Und die Standarddicke gilt für 1 Unze/Quadratfuß Folie mit einer Dicke von 1,4 Mil (0,0014 Zoll) oder 35 Mikron.