Apa alasan di balik kebijakan umum membatasi kenaikan suhu jejak PCB hingga 5/10/20 ° C?

Saat menentukan ketebalan jejak yang diperlukan untuk membawa sejumlah arus pada PCB, jawabannya tergantung pada seberapa banyak kenaikan suhu yang Anda bersedia terima. Ini menuntun perancang ke dalam situasi yang sulit untuk mencoba memutuskan berapa banyak kenaikan suhu yang masuk akal. Aturan umum yang berlaku adalah untuk memungkinkan kenaikan suhu tidak lebih dari 5 ° C, 10 ° C atau 20 ° C, tergantung pada seberapa konservatif yang Anda inginkan. Angka-angka ini tampak sangat kecil dibandingkan dengan kenaikan suhu maksimum dari transistor daya, IC, resistor daya, atau komponen penghilang panas lainnya, yang mungkin 60 + ° C. Apa alasan di balik angka-angka ini?

Kemungkinan alasan yang saya pikirkan:

• Suhu maksimum bahan PCB. Untuk sebagian besar bahan tipe FR4 ini sekitar 130 ° C. Meskipun memungkinkan untuk suhu lingkungan yang sangat konservatif (di dalam chassic) 65 ° C, ini masih memungkinkan kenaikan suhu 65 ° C lainnya.
• Mengizinkan kenaikan suhu lebih lanjut dari komponen. Jika SMT MOSFET akan melihat kenaikan suhu 80 ° C misalnya, Anda tidak ingin memulainya 40 ° C di atas ambien karena suhu PCB sekitarnya. Namun, ini tampaknya terlalu khusus untuk membuat aturan praktis. Dalam kasus MOSFET yang ditenggelamkan oleh panas, misalnya, panas yang mengalir ke sadapan adalah sebagian kecil dari panas yang keluar melalui heat sink, sehingga suhu PCB seharusnya tidak menjadi perhatian utama. Bahkan dengan bagian-bagian SMT, saya dapat memiliki jejak tipis yang tidak cocok untuk sebagian besar panjangnya, tetapi kemudian memperluas jejak tersebut sebelum mencapai komponen.
• Ekspansi termal bahan PCB. Saat PCB memanas, materi akan mengembang. Jika bagian PCB yang berbeda terpapar dengan jumlah panas yang berbeda, ini dapat menyebabkan kelenturan papan yang dapat merusak sambungan solder. Namun, mengingat bahwa PCB secara teratur terkena perbedaan suhu yang lebih tinggi daripada ini karena disipasi daya pada komponen yang dipasang padanya, ini sepertinya bukan jawabannya.
• Standar yang ketinggalan jaman. Mungkin batas 5/10/20 ° C telah dipikirkan bertahun-tahun yang lalu dan tidak lagi berlaku untuk bahan PCB modern, tetapi semua orang terus mengikuti mereka tanpa memikirkannya. Misalnya, mungkin bahan papan fenolik lama kurang toleran terhadap panas dibandingkan fiberglass modern.

Untuk mengajukan pertanyaan dengan cara lain, katakan saya menemukan bahwa kenaikan suhu 20 ° C terlalu membatasi untuk desain saya. Jika saya memutuskan untuk membiarkan kenaikan suhu 40 ° C, apakah saya akan mengalami masalah keandalan jangka pendek atau jangka panjang?

Bonus menunjuk kepada siapa saja yang dapat mengutip standar yang memberikan alasan untuk angka-angka itu, atau yang memiliki bukti historis mengapa angka-angka itu dipilih.

Banyak hal yang digunakan untuk mendesain lebar jejak PCB, termasuk kenaikan suhu untuk arus. Lainnya adalah penurunan tegangan, impedansi, kemampuan PCB fab, biaya, kepadatan pengemasan.

Namun, kenaikan suhu adalah salah satu dari spesifikasi 'jangan melebihi'.

Aturan praktisnya adalah itu, sesuatu yang harus Anda ikuti sebagian besar waktu. Anda akan selalu dapat menemukan kasus tepi di mana kenaikan yang lebih tinggi diizinkan, jika Anda melakukan perhitungan yang cermat.

Bagian dari manfaat aturan praktis adalah bahwa jika Anda mengikutinya, perhitungan Anda tidak harus terlalu berhati-hati, sudah ada margin kesalahan besar yang tertanam dalam aturan.

Kekhasan kenaikan suhu adalah proporsional dengan kuadrat arus, bukan hanya arus. Ini mengurangi pentingnya memilih satu nilai spesifik. Arus yang memberikan kenaikan 20C tidak dua kali lipat dari kenaikan arus 10C, hanya 1,4x arus kenaikan 10C. Jika kita menggandakan kenaikan 10C saat ini, kita mendapatkan kenaikan 40C, yang mulai terasa hangat dan tidak nyaman.

Mengapa menjalankan papan keren? Segala macam alasan bagus. Pendinginan komponen membutuhkan ambien rendah. Umur komponen turun dengan sangat cepat ketika suhu naik. Margin untuk beroperasi di tempat yang hangat (di dalam kabin mobil di bawah sinar matahari yang cerah) bagus. Debugging, jalankan jari Anda di atas sirkuit untuk menemukan komponen bakar, Anda akan bingung oleh jejak panas.

Tidak ada satu alasan pembunuh untuk menjalankan permainan keren, dan tidak ada alasan untuk memilih kenaikan 10C versus kenaikan 20C. Namun, beberapa desainer merasa terhambat dengan mengikuti 'aturan' ini. Jarang hal yang menetapkan batas. Jika kita menemukan diri kita dalam beberapa kasus sudut di mana spesifikasi tidak dapat dicapai dengan tetap berpegang pada angka kenaikan suhu yang sewenang-wenang, maka kita menghitung dan menguji heck out semuanya, untuk melihat apa dampak pada masa hidup dan pendinginan suhu yang lebih tinggi akan menyebabkan.

tembaga laminar tidak diuji untuk resistivitas karena mengembangkan rentang suhu yang berbeda itu akan menunjukkan kursus resistivitas non linier. suhu seperti itu dinyatakan agar suhu maks mencapai kecukupan termal akhir dari lapisan meninggalkan diagram PCB asli untuk penggunaan jangka ...