PCB 温度：如何管理高温的指南

虽然 PCB 的概念在其设计中的某些基本原理在很长一段时间内都保持不变，但影响 PCB 的技术在过去几十年中发生了迅速变化。一个不变的问题是 PCB 温度问题。

PCB的物理形状由走线、孔、层、通孔和阻焊层组成。这些东西中的每一个都会受到 PCB 温度的影响。

如果 PCB 温度线性上升，就会出现问题的滚雪球效应。如果不勾选，会对PCB的性能产生负面影响。

本文将概述高温板的设计以及如何对温度进行微观管理。

1. PCB温度高的原因

对任何事情进行微观管理的第一步是检测所需微观管理的来源。 PCB温度也不例外，由于PCB是用热来工作的，所以首先要确定PCB温度高的原因。

PCB 温度高会导致性能问题。当整个 PCB 的电流过强时，温度会升高。

这种异常有三个明显的迹象。

组件耗散

这是 PCB 温度上升过高的第一个迹象。这里要记住的一件事是，组件产生的热量与流经该组件的负载电流成正比。

在这种特殊情况下，当 PCB 的一个组件没有产生它通常产生的那种功率时，就会发生组件耗散。它会导致其他功能产生比平时更多的能量来平衡耗散组件。

如果流过电阻的电流不一致，电容和其他主要电路板元件会携带比平时更多的电荷来进行补偿。

通孔

为组件供电的最常见的东西之一是散热器。散热片组件也称为通孔组件。

这些组件通过散发空气中的热量来产生热量。散热器使这成为可能，您可以在这里微观管理 PCB 温度的一种方法是查看散热器是否焊接正确。

如果 PCB 上的另一个组件干扰了通孔或散热片，这将导致其他功能超时工作以产生不必要的热量。

贴片元件

SMD 代表“表面贴装器件”。它像通孔组件一样连接到 PCB，并允许电流在通孔和散热器组件之间更顺畅地流动。

就保持 PCB 温度而言，最常见的问题之一是 PCB 上通孔组件相对于 SMD 组件的位置。

如果它们距离太远，则电源往返这些组件可能需要很长时间。这会导致部件冷却时间过长，从而导致其他部件过热。如果距离太近，温度会异常高。

其中很多信息来自 WellPCB，该组织专门探索微管理 PCB 温度的新方法。

2. PCB 温度传输通道

关于温度的一个共同点是它们从不静止。温度通常不会保持不变。它意识到这一点，以及PCB温度传输的多个通道。

温度受到许多方面的影响，您可以微观管理 PCB 中的一般温度和 PCB 组件的方法之一是不仅要了解这些通道，还要了解 PCB 的哪些部分使用哪个通道。

辐射

当人们提到电磁波形式的热能时，他们指的是辐射。辐射热通常是被动产生的，这意味着你不能通过辐射直接降低或升高温度。

辐射热对 PCB 温度的影响几乎可以忽略不计。

同时，它也可能是您最应该担心的渠道。这是因为PCB温度也受到热能的影响。

谈到温度，没有什么是真正可以忽略不计的。想一想，如果一架飞机偏离航向仅 1 度会发生什么。如果发生这种情况，它将降落在与计划不同的位置，无论距离有多短。

PCB 温度的运行方式相同。如果 PCB 需要在 30 摄氏度的温度下才能发挥最佳功能，但长时间保持在 32 度，结果将是不可取的。

虽然无法直接对辐射热进行微观管理，但可以间接对辐射热进行微观管理。在构建和制造 PCB 时，处于温度稳定的环境中是一种方法。

对流

当热量传递给流体或空气时，就会发生对流。与辐射不同，对流是完全直接的，对整个 PCB 温度有很大的影响。

对流最著名的例子是烹饪时。毕竟，几乎所有的烤箱都是对流烤箱。来自烤箱的热量传递到空气中，从而可以加热物品。

PCB材料也有“烹饪”，就像在厨房准备食物时必须知道你的温度一样，加热PCB材料时也需要知道你的温度。

传导

温度传递通道最直接的形式是传导。在传导中，热量在热源和散热器之间传递。

最有力的例子是闪电击中金属或液体时。在这些示例中，热源是闪电，散热器是液体或金属。

了解 PCB 的哪些组件用作热源以及 PCB 的哪些部分用作散热器是确定何时决定组件可以承受何种电流的好主意的好方法。

3. PCB耐温

PCB 制造商也遇到了 PCB 中组件过热的问题，因为他们没有花时间了解材料可以承受什么样的温度。

知道这一点并列出清单是每个制造商都应该做的事情。保留一份清单以显示每种材料的热度非常有用，并且在许多情况下是必要的。

例如，PCB 面板包含一种称为 FR-4 的材料，可以承受高达 90 到 110 摄氏度的温度。因此，在使用 FR-4 材料制备 PCB 时，您应该注意任何可能超过 110 摄氏度的涉及该材料的电流。

了解您计划制造的 PCB 面板的温度是对 PCB 温度进行微观管理的最关键方面之一，但也是最容易被忽视的方面之一。

4.如何测量 PCB 温度

了解您的 PCB 面板材料可以承受什么样的温度至关重要。还需要了解PCB各组件之间的热量传递方式。

了解这些信息将帮助您对 PCB 的整体温度进行微观管理。另一件值得了解的事情是如何测量 PCB 温度。

在这种情况下，测量并不意味着检查显示的环境温度。

相反，它指的是测量温度如何升高和降低。了解这些过程是测量 PCB 整体温度的最准确方法之一。

在以这种方式测量 PCB 温度之前，您需要确定一些事项。这些是主要热源和温度传感器。这是产生大部分热量的方式，也是大多数电流发生的地方。

接下来要做的是找到热源的GND引脚。它通常与热源的基板相连。

完成后，你可以通过这三件事来测量PCB温度：

在温度传感器和热源之间使用公共接地层。

您正在将所有温度传感器的 GND 引脚连接到热源的接地层。

您在 PCB 上保持温度传感器和热源合理靠近。

这样做可以让您准确、一致地跟踪 PCB 和主要热源的全局温度。

5. PCB温度过高导致的结果

知道如何准确、充分地测量 PCB 温度是一回事。但是当 PCB 的元件和材料过热时会发生什么？

过高的温度会破坏层的完整性。

当某物变得异常热或异常冷时会发生什么？它们分别膨胀和收缩。

PCB也不例外。 PCB 的各层对温度很敏感。如果不进行微观管理，过高的温度会扭曲任何 PCB 层的长度、宽度和厚度。

回到第 2 章的对流示例，这类似于将食物放在微波炉中时间过长，导致里面的食物爆炸。

如果 PCB 层过热，也会发生类似的情况。

热能使大多数物质膨胀，改变它们。

物质过热时会膨胀，以某种方式改变它们的形状。

电路材料也不例外。高温可以并且将会改变这些电路材料中过渡线的形状。当这种情况发生时，它会改变电路材料本身的尺寸。

它会导致电路材料的直接损耗、失真和频移。

材料以不同的速度膨胀。

PCB 中的材料不仅会在高温下膨胀，而且还会以不同的速率膨胀。

PCB的表面由介电层或导电金属层组成。这些层以不同的速度扩展到不同的极限。这些差异不仅与电介质和导电分开。没有任何电介质或导电层是相同的。

任何 PCB 制造商可能犯的最常见错误之一就是混淆这两层。请务必花时间了解您正在使用的图层。

板子焊接需要不同的温度。

对于希望生产、测试和制造 PCB 的任何人来说，焊接和锡焊都是一项必备技能。

知道焊接和焊接时使用什么样的温度是 PCB 制造公司中的任何人都需要知道的事情，即使他们不直接参与任何材料的焊接和焊接。

6.选择合适的 PCB 材料

另一种对 PCB 进行微观管理和正确设置温度的方法是为印版选择合适的材料。选择错误的材料会使对这些温度的微观管理变得比应有的复杂得多。

PCB板最常见的材料称为FR-4。任何刚开始在 WellPCB 工作的人。我们将为您提供一站式服务和优质产品。您可以将您需要制作的文件发送给我们并立即获得报价！我们还在等什么？我们有十年的 PCB 制造经验或希望将风险降到最低的人应该选择这种材料。 FR-4材料的一个共同点是它们可以很好地抵抗温度。

另外两种材料不如 FR-4 常见，它们是聚酰亚胺和 RF。虽然这两种材料不耐高温和 FR-4，但它们具有 FR-4 材料不具备的其他特性。

此列表将提供有关这些材料的特定温度容量所需的大部分信息。