Qual è il ragionamento alla base della saggezza comune di limitare l'aumento di temperatura di una traccia PCB a 5/10/20 ° C?

Quando si decide lo spessore della traccia necessario per trasportare una certa quantità di corrente su un PCB, la risposta dipende dalla quantità di aumento di temperatura che si desidera accettare. Ciò porta il progettista nella difficile situazione del tentativo di decidere quanta aumento della temperatura è ragionevole. Le regole empiriche comuni sono di consentire un aumento della temperatura non superiore a 5 ° C, 10 ° C o 20 ° C, a seconda di quanto si vuole essere prudenti. Queste cifre sembrano notevolmente ridotte rispetto agli aumenti di temperatura massimi di transistor di potenza, circuiti integrati, resistori di potenza o altri componenti dissipatori di calore, che possono essere di 60 + ° C. Qual è il ragionamento alla base di questi numeri?

Possibili ragioni a cui ho pensato:

• Temperatura massima dei materiali PCB. Per la maggior parte dei materiali di tipo FR4 è di circa 130 ° C. Anche consentendo una temperatura ambiente molto conservativa (all'interno del chassic) di 65 ° C, ciò consentirebbe comunque un ulteriore aumento della temperatura di 65 ° C.
• Consentire ulteriori aumenti di temperatura dei componenti. Se un MOSFET SMT dovesse vedere un aumento della temperatura di 80 ° C, ad esempio, non si vorrebbe avviarlo a 40 ° C sopra l'ambiente a causa della temperatura del PCB circostante. Tuttavia, questo sembra troppo specifico per la situazione per creare una regola empirica. Nel caso di un MOSFET a foro passante affondato termicamente, ad esempio, il flusso di calore verso l'alto dei conduttori è una frazione del flusso di calore attraverso il dissipatore di calore, quindi la temperatura del PCB non dovrebbe essere una preoccupazione importante. Anche con parti SMT, potrei avere una traccia sottile che dissapora molto calore per la maggior parte della sua lunghezza, ma poi allarga quella traccia prima che raggiunga il componente.
• Espansione termica dei materiali PCB. Man mano che il PCB si riscalda, i materiali si espandono. Se parti diverse del PCB sono esposte a diverse quantità di calore, ciò potrebbe causare la flessione della scheda che potrebbe spezzare i giunti di saldatura. Tuttavia, dato che i PCB sono regolarmente esposti a differenziali di temperatura più elevati di questo a causa della dissipazione di potenza nei componenti montati su di essi, questa non sembra la risposta.
• Standard obsoleti. Forse i limiti di 5/10 / 20 ° C sono stati pensati anni fa e non si applicano più ai moderni materiali PCB, ma tutti hanno continuato a seguirli senza pensarci. Ad esempio, forse i vecchi materiali in pannelli fenolici erano meno tolleranti al calore rispetto alla moderna fibra di vetro.

Per porre la domanda in un altro modo, suppongo che trovo che un aumento della temperatura di 20 ° C sia troppo limitante per il mio progetto. Se decido invece di consentire un aumento della temperatura di 40 ° C, è probabile che si verifichino problemi di affidabilità a breve o lungo termine?

Punti bonus a chiunque sia in grado di citare standard che forniscono un ragionamento per i numeri o che hanno prove storiche del perché quei numeri sono stati scelti.

Molte cose vanno nella progettazione della larghezza della traccia PCB, incluso l'aumento di temperatura per la corrente. Altri sono caduta di tensione, impedenza, capacità del PCB, costo, densità di imballaggio.

Tuttavia, l'aumento di temperatura è giustamente una delle specifiche "non superare".

Una regola empirica è proprio questo, qualcosa che dovresti seguire la maggior parte del tempo. Sarai sempre in grado di trovare casi limite in cui sono consentiti aumenti più elevati, se esegui calcoli accurati.

Parte del vantaggio di una regola empirica è che se la segui, i tuoi calcoli non devono essere troppo attenti, c'è già un grande margine di errore incorporato nella regola.

Una peculiarità dell'aumento della temperatura è che è proporzionale alla corrente al quadrato, non solo alla corrente. Ciò riduce l'importanza della scelta di un valore specifico. La corrente che genera un aumento di 20 ° C non è il doppio della corrente di aumento di 10 ° C, è solo 1,4 volte la corrente di aumento di 10 ° C. Se raddoppiamo la corrente di salita di 10 ° C, otteniamo un aumento di 40 ° C, che inizia a sentirsi a disagio caldo.

Perché far funzionare una tavola alla moda? Tutti i tipi di buoni motivi. Il raffreddamento dei componenti richiede un ambiente basso. La durata dei componenti diminuisce molto rapidamente all'aumentare della temperatura. Il margine per operare in luoghi caldi (all'interno di una cabina dell'auto alla luce del sole) è buono. Esegui il debug, fai scorrere il dito sul circuito per trovare componenti robusti, rimarrai confuso da tracce calde.

Non c'è un motivo killer per far funzionare un board cool, e nessun motivo per scegliere un aumento di 10 ° C rispetto a un aumento di 20 ° C. Tuttavia, pochi designer si sentono inibiti seguendo questa "regola". Raramente è la cosa che stabilisce il limite. Se ci troviamo in qualche caso angolare in cui le specifiche non possono essere raggiunte attenendosi a qualche cifra arbitraria di aumento della temperatura, quindi calcoliamo e testiamo il diavolo su tutto, per vedere quali effetti causeranno la vita e il raffreddamento di temperature più elevate.

il rame laminare non è pretestato per resistività in quanto sviluppa diversi intervalli di temperatura, mostrerà un corso di resistività non lineare. tali temperature sono indicate affinché la temperatura massima raggiunga l'adeguamento termico finale degli strati lasciando gli schemi PCB originali per un uso a lungo termine ...