高温PCB设计注意事项

2021-04-22

高温PCB设计注意事项

印刷電(diàn)路板是必不可(kě)少的電(diàn)子设备，但有(yǒu)时工程师面临温度限制，这迫使他(tā)们不得不跳槽思考。我们将对高温電(diàn)路板的设计进行高层次的概述，并且在此过程中，我们将考虑在这种情况下可(kě)能(néng)会给您的一些选择。

高温环境的材料选择

在考虑電(diàn)路本身之前，我们需要考虑将由制造商(shāng)制造電(diàn)路板的材料。绝大多(duō)数電(diàn)路板由称為(wèi)FR-4的材料制成，FR-4是一种玻璃环氧树脂层压板，可(kě)以承受90到110摄氏度的温度。如果我们的环境低于此阈值，我们通常可(kě)以不考虑此因素，而与其他(tā)任何设计一样订購(gòu)電(diàn)路板，但是如果我们要设计的应用(yòng)程序将经历水沸点以上的温度，则需要进行升级我们的電(diàn)路板要耐高温FR-4或聚酰亚胺。这些升级的材料可(kě)以承受130至260摄氏度，具體(tǐ)取决于制造商(shāng)和特定材料类型。

此外，传统的含铅焊锡膏的熔化温度约為(wèi)160至180摄氏度，因此我们需要指导组装人员使用(yòng)无铅焊锡膏。如果不是这样，我们冒着组件从字面上掉下来的风险。同样，我们应考虑某些类型的保形涂料，以进一步保护我们的设计免于烘烤。 

高温环境下的设计规则

最后，我们可(kě)以开始专注于我们的设计了。这是大型挑战开始浮出水面的地方。许多(duō)逻辑组件根本无法在极端温度下运行。许多(duō)硅芯片无法在高温环境下正常工作，从而形成了无用(yòng)的電(diàn)路板。為(wèi)确保不会发生这种情况，我们在搜索组件时需要添加温度参数，尤其是在我们的设计需要包括逻辑芯片或微控制器的情况下。大多(duō)数供应商(shāng)搜索工具都具有(yǒu)此选项，但是可(kě)用(yòng)的选项却少得多(duō)。

成功挑选组件后，我们需要考虑放置位置。通常，在放置我们的组件时，我们希望将所有(yǒu)发热组件保持尽可(kě)能(néng)遠(yuǎn)的距离，即使在正常环境下这些组件不必担心发热量。这是因為(wèi)这些设备将在环境中产生额外的热量。要考虑的部分(fēn)包括稳压器，大功率電(diàn)阻器等。

最后，我们可(kě)能(néng)要考虑我们的外壳。虽然PCB可(kě)以设计為(wèi)适合大多(duō)数环境，但在大多(duō)数情况下，修改外壳设计以使其隔热是有(yǒu)益的，这对我们很(hěn)有(yǒu)好处。这不能(néng)代替我们已经讨论过的设计考虑因素，但绝对应将其视為(wèi)第一道防線(xiàn)。一些考虑因素可(kě)能(néng)包括外壳内壁上的隔热，诸如钛和凯夫拉尔之类的温度屏蔽材料，或者在不太极端的情况下还包括ABS塑料。 

由于元件耗散而导致的高温

有(yǒu)些组件需要大量的散热，因此无论其环境如何，我们都应考虑针对高温组件情况的设计规则。这是广泛设计中的主要问题，因為(wèi)好的设计的执行会影响可(kě)靠性和使用(yòng)寿命。

就像在加热的环境中一样，最好将产生热量的组件彼此隔开一定的距离。总的来说，多(duō)个受热部件可(kě)能(néng)会导致整个電(diàn)路板的整體(tǐ)烘烤，从而使我们无法使用(yòng)设备。另外，始终需要足够的通风。如果我们将電(diàn)路板放在箱子中，并且我们选择的零件会产生大量热量，那么将小(xiǎo)风扇与散热片结合使用(yòng)可(kě)以缓解我们的麻烦。风扇的位置也很(hěn)重要，因為(wèi)我们希望风扇将冷空气吹到散热器的叶片上以散发热量，从而降低组件的温度。

在我们的整个设计中，策略性地放置通孔还可(kě)以帮助对零件进行散热，从而散热。例如，如果我们使用(yòng)的是平面安装封装，则可(kě)以使用(yòng)多(duō)个过孔将零件的热质量附着到接地层。通过在这些通孔中填充导電(diàn)胶，我们可(kě)以获得更高的导热率。实际上，这会将整个電(diàn)路板本身变成了散热器，从而消除了对独立電(diàn)路板的需求。尽管这并非总是可(kě)能(néng)的，例如在大多(duō)数通孔设计中，但这种技术使我们能(néng)够降低成本并减少物(wù)料清单中的行项目。