PCB 製造は、高温 PCB 設計の考慮事項を共有しています

PCB 製造は、高温 PCB 設計の考慮事項を共有しています

プリント回路基板 (PCB) は不可欠な電子デバイスですが、エンジニアは温度制限に直面することがあり、考え方を変える必要があります。 高温回路基板の設計の概要を説明します。このプロセスでは、この場合に提供される可能性のあるいくつかのオプションを検討します。

高温環境での材料選択

回路自体を検討する前に、回路基板のメーカーが作る材料を検討する必要があります。 ほとんどの回路基板は、摂氏 90 ～ 110 度の温度に耐えることができるガラスエポキシ樹脂ラミネートである FR-4 と呼ばれる材料でできています。 環境がこのしきい値よりも低い場合、通常、この要素を考慮せずに他の設計と同様に回路基板を注文できます。 ただし、設計中のアプリケーションで水の沸点を超える温度が発生する場合は、回路基板を耐高温性 FR-4 またはポリイミドにアップグレードする必要があります。 これらのアップグレードされた素材は、メーカーと特定の素材の種類に応じて、摂氏 130 ～ 260 度に耐えることができます。

さらに、従来の有鉛はんだペーストの溶融温度は約 160 ～ 180 ℃ であるため、組み立て担当者に鉛フリーのはんだペーストを使用するように指導する必要があります。 そうでない場合、コンポーネントがリテラルから外れるリスクがあります。 同様に、設計を焼き付きからさらに保護するために、特定のタイプのコンフォーマル コーティングを検討する必要があります。

高温環境の設計ルール

最後に、デザインに集中することができます。 ここで、大きな課題が表面化し始めます。 多くのロジック コンポーネントは極端な温度では動作しません。 多くのシリコン チップは、高温環境で正常に動作できず、役に立たない回路基板を形成します。 これが起こらないようにするために、特にロジック チップやマイクロコントローラを設計に含める必要がある場合は、コンポーネントを検索するときに温度パラメータを追加する必要があります。 ほとんどのベンダー検索ツールにはこのオプションがありますが、利用できるオプションははるかに少ないです。

コンポーネントが正常に選択されたら、配置場所を検討する必要があります。 一般に、コンポーネントを配置するときは、すべての発熱コンポーネントをできるだけ離したいと考えています。通常の状況下でも、これらのコンポーネントは発熱を心配する必要はありません。 これは、これらのデバイスが環境内で追加の熱を生成するためです。 考慮すべき部品には、電圧レギュレータ、高電力抵抗などが含まれます。

最後に、シェルについて考えてみましょう。 PCB はほとんどの環境に適合するように設計できますが、ほとんどの場合、ハウジングの設計を変更して絶縁することが有益であり、これは私たちにとって非常に有益です。 これは、これまで説明してきた設計上の考慮事項に取って代わるものではありませんが、防御の最前線と見なす必要があります。 いくつかの考慮事項には、筐体の内壁の断熱材、チタンやケブラーなどの温度遮蔽材料、極端でない場合は ABS プラスチックなどがあります。

素子散逸による高温

一部のコンポーネントは多くの熱放散を必要とするため、どのような環境であっても、高温コンポーネントの設計ルールを考慮する必要があります。 優れた設計の実装は信頼性と耐用年数に影響を与えるため、これは広範な設計の主要な問題です。

加熱された環境と同様に、発熱するコンポーネントを互いに一定の距離だけ離すのが最善です。 一般に、複数の加熱された部品は、回路基板全体の全体的な焼き付けにつながり、機器を使用できなくなる可能性があります。 さらに、十分な換気が常に必要です。 回路基板を箱に入れ、選択した部品が多くの熱を発生する場合、小型ファンとヒートシンクの組み合わせが問題を軽減します。 ファンの位置も重要です。なぜなら、ファンが冷気をラジエーター ブレードに吹き付けて熱を放散し、それによってコンポーネントの温度を下げるためです。

私たちの設計全体では、スルー ホールを戦略的に配置することで、部品の冷却にも役立ち、それによって部品を冷却することもできます。 たとえば、フラット マウント パッケージを使用する場合、複数のビアを使用して部品の熱質量をグランド プレーンに取り付けることができます。 この貫通孔に導電性接着剤を充填することで、より高い熱伝導率を得ることができます。 実際、これにより回路基板全体がヒートシンクになり、独立した回路基板が不要になります。 これは常に可能であるとは限りませんが、たとえばほとんどのスルーホール設計では、この手法によりコストを削減し、部品表の項目を減らすことができます。 PCB 処理および PCB アセンブリ メーカーは、PCB 製造を紹介し、高温 PCB 設計に関する考慮事項を共有しています。