高溫電路板在哪些行業(yè)中使用以及哪些不同的熱挑戰(zhàn)是什么
高溫設(shè)計(jì)的布線挑戰(zhàn)
了解高溫電路板在哪些行業(yè)中使用以及哪些不同的熱挑戰(zhàn)是什么。一些有助于高溫板的設(shè)計(jì)方法。
PCB設(shè)計(jì)工具如何幫助您進(jìn)行高溫PCB設(shè)計(jì)。
您如何利用設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則來確保布線盡可能順利？我們越來越多地看到電路板在高溫和/或高溫環(huán)境下工作
在炎熱的夏天，赤腳走在人行道上的任何人都知道找到踏上道路上最涼爽的地方的重要性。您將避免明顯的熱點(diǎn)，嘗試降落在草地上，如果有人在院子里澆水，則前往積水的涼爽水坑。設(shè)計(jì)可在高溫下運(yùn)行的印刷電路板時(shí)，我們需要以相同的思路進(jìn)行處理-找到最涼爽的方式來放置和布線該電路板。
由于現(xiàn)代電子設(shè)備需要更快的電路和更多的功率，因此它們也正在越來越苛刻的環(huán)境中使用。這些方案的結(jié)合將提高電路板材料的操作公差，并且尋找新的散熱方法符合設(shè)計(jì)人員的最大利益。這是高溫設(shè)計(jì)的一些布線挑戰(zhàn)，以及有關(guān)如何創(chuàng)建可以承受這些更高溫度的PCB的一些想法。
了解高溫電路板
多年來，大多數(shù)電子設(shè)備都在不需要特殊散熱的標(biāo)準(zhǔn)溫度下工作。但是，對于具有更高性能和當(dāng)前規(guī)格的設(shè)備，這已經(jīng)發(fā)生了變化。即使是以前從未被視為高溫電子產(chǎn)品的產(chǎn)品，例如計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在也開始超過高溫閾值。此外，在某些行業(yè)中，電子產(chǎn)品的運(yùn)行環(huán)境要優(yōu)于其他行業(yè)。其中一些包括：
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天然氣和石油：該行業(yè)對高溫電子設(shè)備的需求有三方面。首先，在操作的鉆探部分中，通過傳感器和地質(zhì)導(dǎo)向電子設(shè)備監(jiān)視和指導(dǎo)鉆探設(shè)備。其次，電子儀器用于測量諸如放射性和磁共振之類的特性，以便地質(zhì)學(xué)家評估鉆孔的狀況。第三，在生產(chǎn)過程中，在孔內(nèi)使用了其他儀器來監(jiān)測壓力，溫度和振動(dòng)，以控制物料的泵送。這些是關(guān)鍵路徑電子設(shè)備，因此故障可能會花費(fèi)大量時(shí)間和金錢。
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航空電子設(shè)備：隨著飛機(jī)開發(fā)的不斷發(fā)展，對下一代電子設(shè)備的需求也在增長。一個(gè)普遍的改進(jìn)是，過去在飛機(jī)上使用的笨重的線束和連接器現(xiàn)在已被直接控制電子設(shè)備取代。盡管這大大減輕了飛機(jī)的重量，但也使電子設(shè)備更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)和其他熱源。
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汽車業(yè)：汽車工業(yè)也正在使用越來越多的機(jī)電和機(jī)電一體化系統(tǒng)來代替舊的機(jī)械和液壓系統(tǒng)。與飛機(jī)一樣，這使電子設(shè)備比以前更靠近熱源。
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在較高的工作溫度下或在較熱的環(huán)境下（或兩者兼有）運(yùn)行的電路板在制造時(shí)需要特別注意。這可能包括使用不會在較高溫度下熔化的焊錫膏和不同的電路板材料。
電路板的工作溫度由其Tg額定值（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）定義。FR-4是大多數(shù)電路板中使用的標(biāo)準(zhǔn)材料，在玻璃開始從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)之前，其Tg額定值可在高達(dá)130至140攝氏度的溫度下運(yùn)行。當(dāng)電路板的工作溫度和環(huán)境溫度超過這些溫度時(shí)，則應(yīng)考慮使用除FR-4以外的其他材料，例如盛藝S1000-2，ARLON 85N和ITEQ IT-180A。這些材料將提供對高溫以及熱應(yīng)力和沖擊的抵抗力。
除了制造工藝和材料之外，工程師還需要設(shè)計(jì)更高的溫度。讓我們看看這意味著什么。
元器件放置，電源走線和電源平面在PCB熱管理中都很重要
應(yīng)對高溫設(shè)計(jì)的布線挑戰(zhàn)的基本設(shè)計(jì)原則
小銘打印SMT貼片加工廠：PCB設(shè)計(jì)人員首先要考慮的是在更高溫度下工作的電路板，這是他們將使用的元器件類型。許多標(biāo)準(zhǔn)元器件的設(shè)計(jì)不能在極高的溫度下工作，它們將無法達(dá)到規(guī)格或在這些溫度下簡單地失效。設(shè)計(jì)人員在搜索要在這些設(shè)計(jì)中使用的元器件時(shí)，需要包括溫度額定值，以防止電路板故障。
下一步是考慮如何將元器件放置在板上。重要的是要在熱的部件之間保持盡可能遠(yuǎn)的距離，以防止在板上形成高溫區(qū)。諸如高功率電阻器和穩(wěn)壓器之類的電源元器件會產(chǎn)生大量熱量，并且當(dāng)多個(gè)部件聚集在一起時(shí)，將會產(chǎn)生額外的熱量。雖然電源的各個(gè)部分必須保持彼此靠近，但應(yīng)盡可能分散不同的電源，以在板上形成熱平衡。在這里，使用Cadence Allegro這樣的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以通過設(shè)置特定的保留區(qū)域和其他設(shè)計(jì)約束來控制元器件的放置，從而真正幫助您。
我們的設(shè)計(jì)還有其他方面需要考慮。使用通孔將熱量傳導(dǎo)到電路板的電源和接地層是一種方法，而將系統(tǒng)外殼修改為包括熱絕緣是另一種方法。在設(shè)計(jì)中添加散熱器以幫助熱元器件也很重要，而冷卻風(fēng)扇是幫助散熱的另一種方法。最后，還有一些路由注意事項(xiàng)也可以提供幫助。
高溫印刷電路板上的走線布線
您將在高溫PCB上執(zhí)行的許多跟蹤布線與您已經(jīng)在執(zhí)行的操作相似。您需要準(zhǔn)備要進(jìn)行布線的設(shè)計(jì)，設(shè)置層堆疊要求，添加設(shè)計(jì)規(guī)則，并對板進(jìn)行布線，如您在此鏈接中所見。仍然需要遵循高速設(shè)計(jì)規(guī)則，這將需要設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則和約束。
需要更多關(guān)注的是如何布線電源走線。您將要確保使大電流路徑盡可能短，并使它們遠(yuǎn)離其他敏感電路。高功率電路需要更多的銅來傳導(dǎo)該功率以及散發(fā)熱量。在功率和熱量方面，越寬越好。跡線太窄可能會導(dǎo)致性能下降。
要在高溫設(shè)計(jì)中進(jìn)行PCB布線的另一個(gè)領(lǐng)域是電源和接地層的結(jié)構(gòu)。帶有通孔的電路板上的大型銅層有助于從熱的設(shè)備中除去熱量。當(dāng)這些平面連接到板的外層時(shí)，熱量更有可能被從板中拉出并進(jìn)入周圍環(huán)境。
但是關(guān)鍵是要記住，您的飛機(jī)還需要通過提供清晰的返回路徑以及噪聲電源的隔離接地來滿足電路板的信號和電源完整性需求，如本白皮書中所述。這是設(shè)計(jì)人員最需要設(shè)計(jì)技能的地方，以設(shè)計(jì)功率平面以實(shí)現(xiàn)所有這些目標(biāo)，同時(shí)還要處理熱量。幸運(yùn)的是，PCB設(shè)計(jì)工具中有一些功能可以提供幫助。
設(shè)計(jì)工具如何提供幫助
深圳小銘打樣SMT貼片加工：您可以幫助設(shè)計(jì)用于高溫操作的電路板的第一步是充分利用設(shè)計(jì)規(guī)則和約束。確保以導(dǎo)熱和通電所需的寬度指定電源和接地走線。您可以使用的另一個(gè)很棒的工具是在線元器件瀏覽器，例如Cadence示意圖系統(tǒng)中的Unified Component Search。使用此工具，您可以在搜索過濾器中定義不同的元器件參數(shù)，以找到最適合電路板散熱需求的部件。
您還應(yīng)該使用仿真和分析工具來幫助您創(chuàng)建設(shè)計(jì)。Allegro中的IR Drop Vision分析工具將在您制作電源平面和接地平面時(shí)提供幫助，以確保您在所需的電路板設(shè)計(jì)中獲得了電源覆蓋率。此外，還有許多其他功能和工具可用來幫助您在致力于制造之前管理設(shè)計(jì)的散熱方面。
您需要最好的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)來應(yīng)對當(dāng)今在更高溫度和更高溫度下工作的電子產(chǎn)品的要求。
