高溫電路板在哪些行業(yè)中使(shǐ)用以及哪(nǎ)些不同(tóng)的熱(rè)挑(tiāo)戰(zhàn)是什(shí)麼
高溫設(shè)計的布綫挑戰(zhàn)
了(liǎo)解高溫(wēn)電路(lù)板(bǎn)在(zài)哪些行業中使用(yòng)以(yǐ)及哪些(xiē)不同的(dí)熱挑(tiāo)戰(zhàn)是(shì)什麼。一些有助於高(gāo)溫(wēn)板的(dí)設(shè)計方法。
PCB設計工具如何幫助您(nín)進行高(gāo)溫PCB設計。
您如(rú)何利用設(shè)置(zhì)設(shè)計規(guī)則來確(què)保布綫盡(jìn)可能順利(lì)？我們(mén)越來越多(duō)地看到電(diàn)路板在高溫(wēn)和/或高溫環境(jìng)下(xià)工(gōng)作
在(zài)炎(yán)熱(rè)的夏(xià)天(tiān)，赤(chì)腳走(zǒu)在人(rén)行(háng)道(dào)上(shàng)的(dí)任(rèn)何人(rén)都知道找到(dào)踏(tà)上(shàng)道(dào)路上最(zuì)涼(liáng)爽的(dí)地方的(dí)重要性(xìng)。您將避(bì)免明顯(xiǎn)的熱點，嘗試降(jiàng)落(là)在草地(dì)上，如果(guǒ)有人在院(yuàn)子裏澆(jiāo)水，則前往(wǎng)積水的涼爽水(shuǐ)坑。設計可在高溫下運行(háng)的(dí)印(yìn)刷(shuā)電路(lù)板(bǎn)時(shí)，我們(mén)需要以相同的(dí)思(sī)路進(jìn)行處理-找(zhǎo)到最(zuì)涼爽的方式來放置和(hé)布綫該電(diàn)路板。
由(yóu)於現代(dài)電(diàn)子(zǐ)設備(bèi)需要更快的電路(lù)和更(gēng)多的功率(shuài)，因(yīn)此它們(mén)也正在(zài)越來越苛(kē)刻的環(huán)境中(zhōng)使用(yòng)。這(zhè)些方案的結合將提高(gāo)電(diàn)路板材(cái)料的(dí)操(cāo)作公差(chà)，並且尋(xún)找新的(dí)散熱(rè)方(fāng)法符(fú)合設(shè)計人員的(dí)最大(dà)利益(yì)。這(zhè)是高溫設計的一(yī)些(xiē)布綫(xiàn)挑戰(zhàn)，以及有關如(rú)何(hé)創(chuàng)建可以承受這些更(gēng)高(gāo)溫度的PCB的一些想法(fǎ)。
了解高溫電路(lù)板
多(duō)年(nián)來，大多數電子設備(bèi)都(dū)在不(bù)需(xū)要特(tè)殊散(sàn)熱(rè)的(dí)標準溫(wēn)度(dù)下工(gōng)作(zuò)。但是(shì)，對(duì)於(yú)具有更高性(xìng)能和當(dāng)前(qián)規格(gé)的設備(bèi)，這已經發(fā)生了(liǎo)變(biàn)化(huà)。即使(shǐ)是(shì)以前(qián)從未(wèi)被視(shì)為(wéi)高溫電子(zǐ)產品的產(chǎn)品，例如(rú)計算機(jī)，現在(zài)也開始超(chāo)過高(gāo)溫閾值。此外，在某些行(háng)業中(zhōng)，電子(zǐ)產(chǎn)品(pǐn)的(dí)運行(háng)環(huán)境(jìng)要優於其他行業(yè)。其中一(yī)些包括：
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天然(rán)氣(qì)和石油：該行業對高(gāo)溫電子(zǐ)設備(bèi)的(dí)需(xū)求(qiú)有(yǒu)三方(fāng)麵。首(shǒu)先，在操(cāo)作的鑽探部分(fēn)中，通(tōng)過傳(chuán)感器(qì)和(hé)地質導(dǎo)向電子設備(bèi)監視和指導鑽探(tàn)設備(bèi)。其次，電(diàn)子儀器用(yòng)於(yú)測(cè)量諸(zhū)如(rú)放射(shè)性和(hé)磁共振之類(lèi)的特性(xìng)，以(yǐ)便(biàn)地質學家評估(gū)鑽(zuān)孔的狀況。第三，在生產過程中(zhōng)，在孔(kǒng)內使(shǐ)用(yòng)了(liǎo)其他儀(yí)器(qì)來(lái)監(jiān)測壓力(lì)，溫度(dù)和(hé)振(zhèn)動(dòng)，以控製物料的泵(bèng)送。這(zhè)些(xiē)是(shì)關(guān)鍵路(lù)徑電子設備(bèi)，因此故障可(kě)能會花費(fèi)大(dà)量時間和金(jīn)錢(qián)。
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航空電子設(shè)備：隨著(zhuó)飛機(jī)開發的(dí)不(bù)斷(duàn)發(fā)展(zhǎn)，對下一代(dài)電子設備(bèi)的需求也在增長(cháng)。一(yī)個普遍的改(gǎi)進是，過(guò)去(qù)在(zài)飛(fēi)機上使(shǐ)用的(dí)笨重的綫束和連接器現在已被直接(jiē)控製(zhì)電子設備(bèi)取代。盡管(guǎn)這(zhè)大大(dà)減(jiǎn)輕(qīng)了飛機的(dí)重量(liáng)，但(dàn)也(yě)使(shǐ)電子設備(bèi)更(gēng)靠(kào)近發(fā)動機和(hé)其他熱源(yuán)。
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汽車(chē)業(yè)：汽(qì)車(chē)工(gōng)業(yè)也(yě)正在使(shǐ)用越來越多(duō)的機(jī)電(diàn)和機(jī)電一體化係統(tǒng)來(lái)代替舊的機械(xiè)和(hé)液(yè)壓係統(tǒng)。與(yǔ)飛(fēi)機(jī)一(yī)樣(yàng)，這使電子設備比(bǐ)以前(qián)更靠(kào)近熱(rè)源。
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在(zài)較(jiào)高(gāo)的(dí)工作溫度(dù)下或在較(jiào)熱(rè)的環境(jìng)下（或(huò)兩者兼(jiān)有）運行的電路板(bǎn)在製(zhì)造(zào)時需(xū)要特別注(zhù)意(yì)。這可能包括使用不會(huì)在較高溫(wēn)度(dù)下(xià)熔化的焊錫膏和不同的電(diàn)路板材料(liào)。
電路板(bǎn)的工作(zuò)溫度(dù)由(yóu)其Tg額定值（玻璃化(huà)轉變溫度）定(dìng)義(yì)。FR-4是大多數電(diàn)路(lù)板(bǎn)中使用的(dí)標準(zhǔn)材(cái)料，在玻璃開始從固態變為(wéi)液態之前(qián)，其Tg額定值(zhí)可在(zài)高(gāo)達130至140攝氏度的溫度(dù)下(xià)運行(háng)。當(dāng)電(diàn)路(lù)板的工作(zuò)溫(wēn)度(dù)和(hé)環(huán)境溫度超過(guò)這些(xiē)溫度時(shí)，則應考(kǎo)慮(lǜ)使用(yòng)除(chú)FR-4以外(wài)的(dí)其(qí)他材料(liào)，例(lì)如(rú)盛藝S1000-2，ARLON 85N和ITEQ IT-180A。這些材料將提供對(duì)高溫以及熱應(yīng)力和衝(chōng)擊(jī)的(dí)抵抗(kàng)力(lì)。
除(chú)了製(zhì)造工藝(yì)和(hé)材料(liào)之(zhī)外，工程師還需(xū)要設計(jì)更(gēng)高(gāo)的(dí)溫(wēn)度。讓我們看(kàn)看(kàn)這意(yì)味著(zhuó)什麼(mó)。
元器(qì)件放置(zhì)，電源走綫(xiàn)和電(diàn)源平麵(miàn)在(zài)PCB熱(rè)管理中都(dū)很(hěn)重要
應(yīng)對高溫設(shè)計(jì)的(dí)布(bù)綫(xiàn)挑戰的基本設(shè)計(jì)原則(zé)
小銘(míng)打(dǎ)印(yìn)SMT貼(tiē)片加工廠(chǎng)：PCB設計人(rén)員首先(xiān)要考慮(lǜ)的是在(zài)更(gēng)高溫(wēn)度(dù)下工作(zuò)的電(diàn)路板，這(zhè)是(shì)他們將使用的元(yuán)器件類(lèi)型。許多標準元器件的(dí)設計不能(néng)在極高的溫度(dù)下(xià)工作，它(tā)們將無法達到規(guī)格(gé)或在這(zhè)些溫度下簡單地失(shī)效(xiào)。設計(jì)人(rén)員在搜(sōu)索要在(zài)這(zhè)些設(shè)計中使用(yòng)的元器件(jiàn)時，需(xū)要(yào)包(bāo)括(kuò)溫(wēn)度額(é)定(dìng)值，以(yǐ)防止電路(lù)板(bǎn)故障(zhàng)。
下一步(bù)是考慮(lǜ)如(rú)何將(jiāng)元器件(jiàn)放置(zhì)在(zài)板(bǎn)上。重要的是(shì)要在(zài)熱(rè)的部(bù)件(jiàn)之間保(bǎo)持盡(jìn)可能遠(yuǎn)的距離(lí)，以防(fáng)止在(zài)板上(shàng)形成(chéng)高溫(wēn)區。諸如高功率(shuài)電(diàn)阻器和(hé)穩壓器(qì)之(zhī)類的(dí)電源元(yuán)器(qì)件會產(chǎn)生大量熱量，並且(qiě)當多(duō)個部(bù)件聚(jù)集在一起(qǐ)時(shí)，將(jiāng)會(huì)產(chǎn)生額(é)外(wài)的熱量(liáng)。雖(suī)然(rán)電源(yuán)的(dí)各(gè)個部分必須保持彼(bǐ)此靠近，但(dàn)應(yīng)盡可能分散不同的(dí)電(diàn)源(yuán)，以(yǐ)在板(bǎn)上形成熱平衡。在(zài)這(zhè)裏(lǐ)，使用(yòng)Cadence Allegro這(zhè)樣的PCB設(shè)計係統可以(yǐ)通過設置特(tè)定的保留(liú)區域和其(qí)他設(shè)計約束(shù)來控製元器(qì)件的放置(zhì)，從而真正(zhèng)幫助您。
我們(mén)的(dí)設計還(huán)有其(qí)他方麵需要考慮。使用通孔(kǒng)將熱量傳(chuán)導到電(diàn)路(lù)板(bǎn)的電源和接地層(céng)是一種方(fāng)法(fǎ)，而(ér)將係(xì)統外(wài)殼(ké)修(xiū)改為包括(kuò)熱絕緣(yuán)是(shì)另一種(zhǒng)方(fāng)法。在設(shè)計中添加散(sàn)熱器(qì)以(yǐ)幫助(zhù)熱元(yuán)器(qì)件(jiàn)也很重要，而冷(lěng)卻(què)風扇是(shì)幫助散熱的(dí)另一種(zhǒng)方法。最(zuì)後，還有一些路(lù)由(yóu)注意(yì)事項也可以提(tí)供幫助(zhù)。
高溫印刷電(diàn)路板(bǎn)上的(dí)走(zǒu)綫(xiàn)布綫(xiàn)
您(nín)將在高(gāo)溫PCB上(shàng)執行的(dí)許多跟(gēn)蹤布(bù)綫與您已經(jīng)在(zài)執(zhí)行的(dí)操作相(xiāng)似。您(nín)需要準備要進(jìn)行(háng)布綫(xiàn)的設(shè)計，設置(zhì)層堆疊(dié)要求(qiú)，添加(jiā)設計規則，並對板(bǎn)進行布(bù)綫(xiàn)，如您(nín)在此鏈接(jiē)中所(suǒ)見。仍然需要遵循(xún)高(gāo)速設計規(guī)則，這(zhè)將需要(yào)設(shè)置(zhì)設計(jì)規則和(hé)約(yuē)束。
需要(yào)更(gēng)多關注(zhù)的是如何(hé)布(bù)綫電(diàn)源走(zǒu)綫(xiàn)。您將要確保使大(dà)電流路(lù)徑盡可(kě)能短(duǎn)，並(bìng)使(shǐ)它(tā)們遠離其(qí)他(tā)敏感電(diàn)路。高功率電路需要(yào)更多的銅來傳導(dǎo)該(gāi)功(gōng)率以及散(sàn)發(fā)熱量(liáng)。在功(gōng)率和熱量方(fāng)麵，越寬(kuān)越(yuè)好。跡綫太(tài)窄(zhǎi)可能會導致(zhì)性能下降。
要在高溫設計(jì)中進(jìn)行PCB布(bù)綫的(dí)另一個(gè)領域是電源(yuán)和接(jiē)地層的結(jié)構(gòu)。帶有通(tōng)孔(kǒng)的(dí)電路(lù)板上(shàng)的(dí)大型(xíng)銅層有助於從熱(rè)的(dí)設(shè)備(bèi)中除去熱(rè)量(liáng)。當這些平麵連接到(dào)板的(dí)外(wài)層時(shí)，熱(rè)量更有(yǒu)可(kě)能被(bèi)從板中拉出(chū)並(bìng)進(jìn)入周(zhōu)圍環境。
但(dàn)是(shì)關(guān)鍵(jiàn)是要(yào)記住，您的飛機還需(xū)要(yào)通(tōng)過(guò)提(tí)供清晰的(dí)返回路徑(jìng)以(yǐ)及噪聲電(diàn)源的隔離接(jiē)地來(lái)滿(mǎn)足(zú)電路(lù)板的(dí)信號和電源(yuán)完整性需(xū)求(qiú)，如(rú)本白皮書中所(suǒ)述(shù)。這(zhè)是設(shè)計人員(yuán)最需要設(shè)計技能的地方(fāng)，以(yǐ)設(shè)計功(gōng)率平(píng)麵(miàn)以實(shí)現所有這(zhè)些目標(biāo)，同時還(huán)要處(chǔ)理熱(rè)量。幸運(yùn)的是，PCB設計(jì)工(gōng)具(jù)中有一些功能(néng)可以提(tí)供幫助。
設計(jì)工具如何(hé)提(tí)供幫(bāng)助
深圳小銘(míng)打樣SMT貼片(piàn)加(jiā)工(gōng)：您(nín)可以幫助設計用(yòng)於高溫操作(zuò)的電路(lù)板的(dí)第一(yī)步(bù)是(shì)充分(fēn)利用(yòng)設(shè)計規則(zé)和約(yuē)束。確(què)保以導(dǎo)熱和通電(diàn)所(suǒ)需(xū)的(dí)寬度指(zhǐ)定電源(yuán)和(hé)接(jiē)地(dì)走綫。您可(kě)以使(shǐ)用(yòng)的另一(yī)個很(hěn)棒的工(gōng)具(jù)是(shì)在(zài)綫(xiàn)元器(qì)件(jiàn)瀏(liú)覽(lǎn)器，例如(rú)Cadence示(shì)意圖(tú)係統(tǒng)中(zhōng)的(dí)Unified Component Search。使用此(cǐ)工(gōng)具，您(nín)可以(yǐ)在(zài)搜(sōu)索過濾(lǜ)器(qì)中定義(yì)不同的元器(qì)件參(cān)數(shù)，以找到最(zuì)適合(hé)電路板散熱(rè)需(xū)求(qiú)的(dí)部件(jiàn)。
您還應(yīng)該使用仿真(zhēn)和(hé)分析工具(jù)來幫助您(nín)創(chuàng)建(jiàn)設(shè)計。Allegro中的(dí)IR Drop Vision分析工(gōng)具將在您(nín)製作電源平麵和接地(dì)平麵時提供幫(bāng)助，以(yǐ)確(què)保您在所需(xū)的(dí)電路板設(shè)計(jì)中(zhōng)獲得了(liǎo)電(diàn)源(yuán)覆(fù)蓋(gài)率(shuài)。此(cǐ)外，還有(yǒu)許(xǔ)多其他功(gōng)能和(hé)工具(jù)可(kě)用來幫助您(nín)在致(zhì)力於製(zhì)造(zào)之(zhī)前(qián)管理(lǐ)設(shè)計的(dí)散(sàn)熱方麵(miàn)。
您需要最(zuì)好(hǎo)的(dí)PCB設(shè)計(jì)係統來(lái)應對當(dāng)今(jīn)在(zài)更高溫度和(hé)更高溫(wēn)度(dù)下工(gōng)作的電子產(chǎn)品(pǐn)的要求(qiú)。