Problemas de diseño del calentador de PCB

Estoy usando pistas de cobre dispuestas en una placa FR4 como dispositivo de calefacción. Es un diseño serpentino con el cobre de 0,3 mm de ancho y 0,2 mm de espaciado. Tengo tres juegos de pistas que pretendo calentar a diferentes temperaturas, una de ellas a 95°C.

Aproximadamente a los 85 °C, el tablero cerca de las vías comienza a deformarse (ver imagen), y sale humo de las vías.Pistas de Cu deformadasCu pistas deformadas_2

Mi pregunta es, ¿aumentar el ancho de las pistas ayuda a aumentar la estabilidad térmica? Además, ¿el espacio también juega un papel importante en esto?

¿Usar una tabla más gruesa ayuda a lidiar con el estrés térmico? Si no, ¿cómo puedo agregar la capacidad del disipador de calor?

FWIW, estoy usando un transistor TIP122 con una entrada PWM para calentarlo. El consumo de corriente es de aproximadamente 1,5 ~ 2 A.

¿Cuál es la pérdida de energía de su dispositivo? ¿Es el espesor de cobre de 2 oz 0,07 mm y 1,5 mm la placa FR-4?
¿Cómo estás midiendo la temperatura?
El tablero FR-4 es de 1 mm. Sin embargo, no estoy seguro sobre el grosor del cobre. No estoy seguro acerca de la pérdida de energía del dispositivo. Estaba ejecutando el TIP122 con un suministro de 12 V y el dispositivo tomaba menos de 2 A antes de que comenzara a echar humo.
Estoy midiendo la temperatura con un LM35 pegado a las vías
Relacionado: Esta excelente referencia - TI Analog Engineer's Pocket Reference - 4.ª edición proporciona información útil sobre problemas de corriente/caída de tensión/calentamiento/fusión de la pista de PCB. Especialmente las páginas 55-68.

Respuestas (2)

La estabilidad térmica no es tu problema. O está ejecutando sus rastros más calientes de lo que piensa, o su sustrato no es FR4. Sus temperaturas son lo suficientemente altas como para que el epoxi esté fallando y el tablero se esté delaminando.

Dado que tiene un sensor de temperatura conectado a los rastros, asumiré que su medición de temperatura es precisa. Así que me centraré en el sustrato. Desafortunadamente, "FR-4" no dice nada sobre los materiales reales utilizados para fabricar una placa de circuito impreso. Se refiere solo a la inflamabilidad: después de todo, "FR" significa "Resistencia a la llama". Peor aún, FR4 se ha convertido en un término genérico, como Kleenex, y no hay garantía de que cualquier sustrato etiquetado como FR4 cumpla con el estándar. Este sitio , por ejemplo, enumera la temperatura de funcionamiento continuo para FR4 como mínimo de 285 F (140 C), por lo que un sustrato FR4 real debería sobrevivir a su situación.

Sugeriría encontrar otro proveedor de PCB.

¡Tenías razón en ambas cuentas! El LM35 tuvo una respuesta lenta a los cambios térmicos, Y la placa no era realmente FR4, pero estaba hecha de baquelita; no sabía la diferencia antes. ¡Gracias por la ayuda!

Mezclas materiales con resistencias térmicas muy diferentes. El plano de cobre común típico de PCB (0,07 mm de 2 onzas) tiene una resistencia térmica lateral de 40 °C/W y una placa de 1,5 FR4 de 2400 °C/W.

Entonces, el calor lateral fluye a través del cobre, es decir, desde los lados de la PCB. Esto se puede resolver usando áreas grandes y caminos cortos (se refiere al flujo térmico). Entonces, incluso usando un tablero más grueso, el calor aún fluye a través del cobre.

Además, los espacios amplios entre las pistas de cobre aumentan el aumento de la temperatura.

Una PCB de doble cara ayudará, porque en este caso el calor fluirá a través de la placa.

Con un diseño cuidadoso, puede reducir la resistencia térmica general hasta 8 oC en comparación con 160 oC.

¿Las pistas de cobre más gruesas harían alguna diferencia en términos de estabilidad de temperatura? Además, ¿sería útil tener algún tipo de disipador de calor en la parte inferior de la placa (¿aluminio?), en cualquier caso?
Creo que he visto algunas camas térmicas personalizadas para impresión 3D, hechas con la técnica de pista de cobre, donde creo que han usado una placa de circuito impreso de un solo lado. Sin embargo, no estoy seguro de los otros parámetros.
El cobre más grueso es inversamente proporcional a la resistencia térmica pero sumando un poco. El disipador de calor en la parte inferior es igual a la segunda capa de cobre (pcb de doble cara). Sobre todo está el área de superficie del dispositivo. Si, por ejemplo, la disipación es de 24 W y el aumento de temperatura objetivo es de 95 °C, entonces el área del cobre debe ser de alrededor de 25 cm2 distribuidos en un área grande con trayectos cortos.
@KoushikS: ¿Quizás te refieres a reprap.org/wiki/PCB_Heatbed ?
@davidcary No me había encontrado con eso (¡gracias!). se refería a esto y esto
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