Тепловое сопротивление, рабочая температура печатной платы и самонагрев печатной платы

От чего вообще зависит максимальная рабочая температура печатной платы?

По ряду причин Tg является ограничивающим фактором для ламината (не по причине разрушения, а по другим причинам - см. ниже), но обычно нормальную рабочую температуру ограничивают установленные компоненты, так как их максимальные рабочие температуры обычно значительно ниже Tg; обратите внимание, что Tg не является внезапным изменением для большинства материалов печатных плат, и указанная температура обычно находится в середине номинального диапазона температур.

Существует ряд различных ламинатных материалов с разными температурами стеклования (и их можно сопоставить со стандартом ).

Конструкции с высокой надежностью обычно имеют ламинат с «высокой Tg» (Tg> = 170 ° C), такой как этот (очень часто используемый материал).

Важность Tg заключается во время оплавления , когда температура всегда будет превышать номинальную Tg в течение некоторого времени (для процесса с оловянно-свинцовым сплавом пиковая температура составляет от 205 до 215°C, а для бессвинцовой паяльной пасты типа SAC она составляет от 235 до 250°C). .

Время выше Tg является ключевым фактором; для продуктов с плотными переходными полями рекомендуется высокая Tg; выше Tg расширение по оси Z значительно увеличивается ( обычно от 35 до 55 частей на миллион в зависимости от материала до более чем 230 частей на миллион); выше Tg это создает большую нагрузку на медные переходные отверстия, поскольку они предотвращают локальное расширение по оси Z, что вместо этого заставляет материал расширяться по осям X / Y и может повредить переходные отверстия.

Минимизация времени выше Tg за счет использования материала с высокой Tg снижает риск сквозного повреждения.

Я видел, как это происходит с материалами с низкой Tg, и никакие тесты ламината без покрытия не выявят этого, так как это эффект оплавления — ламинат без покрытия не будет подвергаться такой температуре и даже 100% тестированию списка соединений (что является обычным явлением). предсказать это невозможно, поэтому вы получите бракованный продукт только после сборки.

Это не означает, что вы не можете использовать материал с более низкой Tg, но это означает, что вам необходимо оценить эффект. Большинство сборочных фирм могут дать совет по особенностям той или иной конструкции.

Самонагрев печатной платы происходит из-за тепла от установленных компонентов и повышения температуры на дорожках и плоскостях источника питания или других сильноточных путях, таких как драйверы объединительной платы (вы можете найти калькулятор для этого здесь или получить набор инструментов для печатных плат Saturn, который я лично очень рекомендую и имеет гораздо больше, чем просто калькулятор повышения температуры).

Когда компонент нагревается из-за внутреннего рассеивания энергии, локальная температура печатной платы повышается; поскольку теплопроводность большинства типов эпоксидного ламината довольно низкая (0,4 Вт / мК из прилагаемой таблицы данных ламината) (К = Кельвин, м = метр), будет локальный нагрев - по этой причине многие такие устройства имеют металлическую прокладку. на дне упаковки, чтобы помочь распределить тепло по меди на печатной плате).

Например, у TI есть отчет о применении , в котором подробно описано, как именно измеряются эти цифры, которые я не буду повторять здесь; важным моментом является то, что они используют определенную печатную плату (определенное количество слоев, определенное количество меди), которая в большинстве случаев обязательно будет отличаться от фактического применения. Чтобы получить показанные значения, вам необходимо обеспечить по крайней мере такое же количество меди на указанных слоях, как и в тесте, поэтому всегда сверяйтесь с отчетом или таблицей данных, которые часто ссылаются на стандартную печатную плату JEDEC из JESD 51).

Тепловое сопротивление перехода к окружающей среде представляет собой эффективное тепловое сопротивление всех возможных путей к окружающей среде; есть последовательные и параллельные пути, и это показано в отчете о приложении, который я настоятельно рекомендую вам прочитать.

Чтобы помочь вам узнать о тепловом расчете, тепловое сопротивление меди стандартной толщины для печатных плат составляет 70 градусов по Цельсию на ватт на квадрат фольги. Для квадрата любого размера. Тепло течет от края к краю, а не лицом к лицу.

И стандартная толщина для фольги 1 унция / квадратный фут, толщина 1,4 мил (0,0014 дюйма) или 35 микрон.