Resistencia térmica, temperatura de funcionamiento de PCB y autocalentamiento de PCB

¿De qué depende la temperatura máxima de funcionamiento de la PCB para una PCB en general?

Varias cosas, la Tg es un factor limitante para el laminado (no por la destrucción, sino por otras razones; consulte a continuación), pero generalmente son los componentes montados los que limitan la temperatura normal de funcionamiento, ya que sus temperaturas máximas de funcionamiento suelen estar muy por debajo de la Tg; tenga en cuenta que Tg no es un cambio repentino en la mayoría de los materiales de PCB y que la temperatura indicada suele estar en el medio del rango nominal de temperaturas.

Hay una serie de diferentes materiales laminados con diferentes temperaturas de transición vítrea (y se pueden comparar con un estándar ).

Los diseños de alta fiabilidad suelen tener un laminado 'High Tg' (Tg >= 170C) como este (un material muy utilizado)

La importancia de la Tg es durante el reflujo , donde la temperatura siempre superará la Tg nominal durante algún tiempo (para un proceso de estaño y plomo, la temperatura máxima es de alrededor de 205 °C a 215 °C y para una soldadura en pasta sin plomo que usa un tipo SAC, está entre 235 y 250 °C) .

El tiempo por encima de Tg es una consideración clave; para productos con campos de vía densos se recomienda una Tg alta; por encima de la Tg, la expansión del eje Z aumenta mucho ( desde normalmente 35 a 55 ppm dependiendo del material hasta más de 230 ppm); por encima de Tg, esto ejerce una gran presión sobre los barriles de vía de cobre porque evitan la expansión del eje Z localmente, lo que obliga al material a expandirse en los ejes X / Y y puede romper las vías.

Minimizar el tiempo por encima de Tg mediante el uso de un material de alta Tg reduce el riesgo de daños por vía.

He visto que esto sucede con materiales de baja Tg y ninguna cantidad de pruebas de laminado desnudo lo mostrará, ya que es un efecto de reflujo: el laminado desnudo no habrá estado sujeto a estas temperaturas e incluso a pruebas de netlist al 100% (que es común) no puede predecir esto, por lo que terminará con un producto defectuoso solo después del ensamblaje.

Esto no quiere decir que no pueda usar un material de menor Tg, pero sí significa que necesita evaluar el efecto. La mayoría de las casas de ensamblaje pueden ofrecer consejos sobre los detalles de un diseño en particular.

El autocalentamiento de la placa de circuito impreso se debe al calor de los componentes montados y al aumento de la temperatura en las pistas y planos de la fuente de alimentación u otras rutas de alta corriente, como los controladores de la placa posterior (puede encontrar una calculadora para eso aquí u obtener el kit de herramientas de placa de circuito impreso de Saturno, que personalmente recomiendo encarecidamente ) . recomendar y tiene mucho más que una simple calculadora de aumento de temperatura).

Cuando un componente se calienta debido a la disipación de energía interna, la temperatura local de la PCB aumentará; Como la conductividad térmica de la mayoría de los tipos de laminados epoxi es bastante baja (0,4 W/mK de la hoja de datos del laminado vinculado) (K = Kelvin, m = metro), habrá un calentamiento localizado; esta es la razón por la que muchos de estos dispositivos tienen una almohadilla de metal. en la parte inferior del paquete para ayudar a esparcir el calor hacia el cobre en la PCB).

Para su ejemplo, TI tiene un informe de aplicación que detalla exactamente cómo se miden esas cifras que no voy a repetir aquí; un punto importante es que utilizan un PCB específico (número específico de capas, cantidad específica de cobre) que necesariamente será diferente en la mayoría de los casos de la aplicación real. Para obtener los valores que se muestran, debe proporcionar al menos la misma cantidad de cobre en las capas indicadas que en la prueba, por lo que siempre consulte el informe o la hoja de datos que a menudo hará referencia a una PCB estándar JEDEC de JESD 51).

La unión a la resistencia térmica ambiental es la resistencia térmica efectiva de todos los caminos posibles al ambiente; hay rutas en serie y paralelas y esto se muestra en el informe de la aplicación que le recomiendo que lea.

Para ayudarlo a aprender sobre el diseño térmico, la resistencia térmica del cobre de PCB de espesor estándar es de 70 grados centígrados por vatio, por cuadrado de lámina. Para cualquier tamaño de cuadrado. El calor fluye de borde a borde, no de cara a cara.

Y el grosor estándar es para láminas de 1 onza/pie cuadrado, de 1,4 mils (0,0014 pulgadas) o 35 micrones de grosor.