PCB 温度:高温を管理する方法のガイド

PCB の概念には、長い間変更されていない設計の基本がありますが、PCB に影響を与える技術は、過去数十年で急速に変化しました。変わらない問題の 1 つは、PCB 温度の問題です。

PCB の物理的な形状は、トレース、穴、レイヤー、スルーホール、およびはんだマスクで構成されます。これらはそれぞれ、PCB 温度の影響を受ける可能性があります。

PCB の温度が直線的に上昇すると、雪だるま式の問題が発生する可能性があります。チェックを外すと、PCB のパフォーマンスに悪影響を及ぼします。

この記事では、高温ボードの設計の概要と、温度をマイクロマネージする方法について説明します。

1.高い PCB 温度の原因

マイクロマネジメントの最初のステップは、必要なマイクロマネジメントの原因を突き止めることです。 PCB 温度も例外ではありません。PCB は熱を使用して機能するため、まず PCB の高温の原因を特定する必要があります。

PCB の温度が高いと、パフォーマンスの問題が発生する可能性があります。 PCB 全体で電流が強すぎると、温度が上昇します。

この異常を示す 3 つの兆候があります。

コンポーネントの散逸

これは、PCB 内の温度が上昇しすぎている最初の兆候です。ここで覚えておくべきことの 1 つは、コンポーネントによって生成される熱は、そのコンポーネントを流れる負荷電流に正比例するということです。

この特定のケースでは、PCB の 1 つのコンポーネントが通常生成する種類の電力を生成していないときに、コンポーネントの損失が発生します。これにより、他の機能が通常よりも多くのエネルギーを生成して、散逸成分のバランスをとります。

抵抗を流れる電流が一定しない場合、コンデンサやその他の主要な回路基板コンポーネントは、補償のために通常よりも多くの電荷を運びます。

スルーホール

コンポーネントに電力を供給する最も一般的なものの 1 つはヒートシンクです。ヒートシンクコンポーネントは、スルーホールコンポーネントとも呼ばれます。

これらのコンポーネントは、空気中に熱を放散することによって熱を発生します。ヒートシンクはこれを可能にします。ここで PCB 温度を細かく管理する方法の 1 つは、ヒートシンクが正しくはんだ付けされているかどうかを確認することです。

PCB 上の別のコンポーネントがスルーホールまたはヒートシンクに干渉している場合、他の機能が長時間にわたって動作し、必要以上の熱が発生します。

SMD コンポーネント

SMDは「表面実装デバイス」の略です。スルーホールコンポーネントと同じように PCB に接続され、スルーホールコンポーネントとヒートシンクコンポーネントの間で電流がスムーズに流れるようにします。

PCB 温度の維持に関する限り、遭遇する可能性のある最も一般的な問題の 1 つは、SMD コンポーネントに対する PCB 上のスルーホールコンポーネントの位置に関連しています。

距離が離れすぎていると、電力がこれらのコンポーネントに出入りするのに時間がかかりすぎる可能性があります。部品が長時間冷却されたままになり、他の部材が過熱する原因となる可能性があります。互いに近すぎると、温度が異常に高くなります。

この情報の多くは、PCB 温度を細かく管理する新しい方法を探求することを専門とする組織である WellPCB から提供されています。

2. PCB 温度転送チャネル

温度に関する一般的なことは、決して静的ではないということです。通常、温度は一定に保たれることはありません。これは、PCB 温度伝送の複数のチャネルと同様に認識されています。

温度はさまざまな形で影響を受けます。PCB の一般的な温度と PCB のコンポーネントの両方を細かく管理できる方法の 1 つは、これらのチャネルについてだけでなく、PCB のどの部分がどのチャネルを使用しているかを知ることです。

放射線

人々が電磁波の形で熱エネルギーに言及するとき、彼らは放射について話している.通常、放射熱は受動的に生成されます。つまり、放射によって温度を直接下げたり上げたりすることはできません。

輻射熱が PCB 温度に与える影響はほとんどありません。

同時に、おそらく最も心配すべきチャンネルでもあります。これは、PCB の温度も熱エネルギーの影響を受けるためです。

温度に関しては、本当に無視できるものはありません。飛行機がコースから 1 度だけずれるとどうなるか考えてみてください。これが発生すると、どんなに短い距離でも、予定とは異なる場所に着陸します。

PCB 温度も同じように動作します。 PCB が最適に機能するために摂氏 30 度の温度にする必要があるが、非常に長い間 32 度にとどまる場合、結果は望ましくありません。

放射熱を直接的に細かく管理する方法はありませんが、間接的に放射熱を細かく管理することは可能です。 PCB の構築および製造時に一定の温度の環境にいることは、これを行う 1 つの方法です。

対流

対流は、熱が流体または空気に伝達されるときに発生します。放射とは異なり、対流は完全に直接的であり、PCB 全体の温度に強力な影響を与えます。

対流の最も有名な例は、何かを調理するときです。結局のところ、ほとんどすべてのオーブンは対流式オーブンです。オーブンからの熱は空気に伝達され、物を加熱することができます.

PCB 材料に関しては「調理」も行われます。キッチンで食事を準備するときに温度を知ることが不可欠であるのと同様に、PCB 材料を加熱するときにも温度を知る必要があります。

伝導

温度伝達チャネルの最も直接的な形態は伝導です。伝導では、熱源とヒートシンクの間で熱が伝達されます。

これの最も有力な例は、雷が金属または液体に衝突したときです。これらの例では、熱源は雷で、ヒートシンクは液体または金属です。

PCB のどのコンポーネントが熱源として機能し、PCB のどの部分がヒートシンクとして機能するかを知ることは、コンポーネントが耐えられる電流の種類を決定するのが良い考えである場合を判断するための優れた方法です。

3. PCB 温度耐性

また、PCB メーカーは、PCB 内のコンポーネントの過熱に問題を抱えています。これは、材料がどのような温度に耐えることができるかを時間をかけて学習していないためです。

これを知ってリストを作成するだけでも、すべてのメーカーが行うべきことです。各材料がどれだけ熱くなるかを示すリストを手元に置いておくことは非常に便利で、多くの場合必要です。

たとえば、PCB パネルには FR-4 と呼ばれる材料が含まれており、摂氏 90 ～ 110 度までの温度に耐えることができます。したがって、FR-4 材料を使用して PCB を準備する場合、摂氏 110 度を超える可能性のあるこの材料に関連する電流に注意する必要があります。

製造しようとしている PCB のパネルの温度を知ることは、PCB の温度を細かく管理する上で最も重要な側面の 1 つですが、最も見落とされている側面の 1 つでもあります。

4. PCB 温度の測定方法

PCB パネル材料が耐えられる温度の種類を理解することが不可欠です。また、PCB のコンポーネント間で熱がどのように伝達されるかを知る必要もあります。

これらのことを知っておくと、PCB 全体の温度を細かく管理するのに役立ちます。もう 1 つ知っておくとよいことは、PCB 温度の測定方法です。

この場合の測定とは、表示される環境温度を確認することではありません。

代わりに、温度がどのように増減するかを測定することを指します。これらのプロセスを知ることは、PCB 全体の温度を測定する最も正確な方法の 1 つです。

この方法で PCB 温度を測定する前に、確認する必要があることがいくつかあります。これらは一次熱源と温度センサーです。これは、ほとんどの熱が生成される方法であり、ほとんどの電流が発生する場所です.

次に行うことは、熱源の GND ピンを見つけることです。通常、熱源の基板に接続されています。

これを行った後、次の 3 つのことを行うことで PCB 温度を測定できます:

温度センサーと熱源の間に共通の接地面を使用します。

すべての温度センサーの GND ピンを熱源の接地面に接続しています。

温度センサーと熱源を PCB 上で適度に近づけます。

これにより、PCB と主要な熱源の全体的な温度を正確かつ一貫して追跡できます。

5.過度の PCB 温度による結果

PCB の温度を正確かつ適切に測定する方法を知ることは重要です。しかし、PCB のコンポーネントと材料が熱くなりすぎるとどうなるでしょうか?

過度の温度は層の完全性を破壊します.

何かが異常に熱くなったり冷たくなったりするとどうなりますか?それぞれ伸縮します。

PCBも例外ではありません。 PCB の層は温度に敏感です。極度の温度管理が行われていない場合、PCB 層の長さ、幅、厚さが過度の温度によって変形します。

第 2 章の対流の例に戻ると、これは食品を電子レンジに長時間入れたままにしておくと、中の食品が爆発することに似ています。

PCB 層が過熱すると、同様のことが PCB 層にも起こります。

熱エネルギーはほとんどの物質を膨張させ、変化させます。

物質は過熱すると膨張し、何らかの形で形を変えます。

回路材料も例外ではありません。高温により、これらの回路材料の遷移線の形状が変化する可能性があり、変化します。これが発生すると、回路材料自体の寸法が変化します。

これにより、回路内の材料に直線損失、歪み、および周波数シフトが発生します。

材料はさまざまな速度で膨張します。

PCB の材料は、高温になると膨張するだけでなく、さまざまな速度で膨張します。

PCB の表面は、誘電体層または導電性金属層で構成されています。これらのレイヤーは、さまざまな速度でさまざまな制限に拡張されます。これらの違いは、誘電体と導電体から分離されているだけではありません。同等に作成された誘電層または導電層はありません。

PCB メーカーが犯す可能性のある最も一般的な間違いの 1 つは、これらの 2 つの層を混同することです。作業しているレイヤーを確認する時間をとってください。

ボードのはんだ付けにはさまざまな温度が必要です。

溶接とはんだ付けは、PCB の製造、テスト、および製造を希望するすべての人にとって必要なスキルです。

材料の溶接やはんだ付けに直接関与していなくても、PCB 製造会社の誰もが知る必要があることは、溶接やはんだ付けの際にどのような温度で作業するかを知っていることです.

6.適切な PCB 材料の選択

PCB の温度を細かく管理して正しく設定するもう 1 つの方法は、プレートに適切な材料を選択することです。間違った材料を選択すると、これらの温度を細かく管理する必要があるよりもはるかに複雑になります.

PCB プレートの最も一般的な材料は FR-4 と呼ばれます。 WellPCBを始めたばかりの方。ワンストップサービスと高品質の製品を提供します。必要な書類をお送りいただければ、すぐにお見積りが可能です！私たちは何をぐずぐずしているんですか？ PCB製造の10年の経験があるか、リスクを最小限に抑えたい場合は、この材料を選択してください。 FR-4 材料に関する一般的なスレッドは、それらが温度に十分に耐えることができるということです.

他の 2 つの材料は FR-4 ほど一般的ではなく、ポリイミドと RF です。これら 2 つは温度と FR-4 には耐性がありませんが、FR-4 材料にはない他の特性があります。

このリストは、特定の温度容量に関するこれらの材料に関して必要な情報のほとんどを提供します.

ここでリスト全体を表示できます:https://bayareacircuits.com/material-library/.

7. PCB温度を下げる方法

最後に、PCB 温度を下げる方法を検討する時が来ました。これらは、あらゆる PCB のあらゆる材料に適用できます。

ヒートシンク

PCB の部品、材料、コンポーネントはすべて熱を発生します。適切なヒートシンクはこの熱を放散し、熱をマイクロマネージメントできるようにします。

冷却ファン

ほぼすべての電子機器にファンが搭載されていますが、多くはその目的を理解していません。

完全に完成した電子デバイスの一部であろうと、WellPCB の一部であろうと、当社はワンストップサービスと高品質の製品を提供します。必要な書類をお送りいただければ、すぐにお見積りが可能です！私たちは何をぐずぐずしているんですか？ PCB製造装置の10年があります。冷却ファンの目的は、冷たい空気をデバイスに取り入れながら、熱気をデバイスから排出することです。