为你的热循环热力学分析PCB设计

2020年4月27日

关键外卖:

了解热机的分析作为一个过程来增强电子设计
发现如何参与导体和通过热力学
了解新的潜在使用增加通过和导体放置

熔岩灯热机的分析

这种熔岩灯是通过热膨胀和收缩蜡的温度变化。

热总是考虑在产品大量的计算能力,和您需要删除的热量,使组件在一个安全的温度。热管理的另一个方面是研究在高温热膨胀,哪些地方在PCB强调关键结构,特别是在人类发展指数的政权。例子包括小模数小袋和高纵横比microvias。

更多的董事会被推入人类发展指数政权,和其他董事会可以在操作过程中经历一个大温升。仅仅达到高温并不总是一个问题,更危险的问题,会导致失败是重复循环。如果你获得一个强大的3 d领域为热CFD模拟解算器,您可以识别结构在你的董事会将达到不可接受的温度和经验从热膨胀应力。

多氯联苯的热机的分析过程

由于热膨胀是如此重要在任何PCB将多次热循环,你将需要确定多少导体在你的董事会将扩大在骑自行车。董事会是一个高温、基质和导体扩张,但他们可以扩大以不同的速率。FR4基板经验比铜更大的扩张,压力对导体。跟踪板上不太容易失败,因为他们足够厚。真正的危险在于脆焊点可靠性和通过,尤其是microvias和un-backdrilled镀通孔通过。

在FR4,热膨胀系数(CTE)董事会的温度高于增加一次玻璃化转变温度。最好使用high-Tg层压板如果你的董事会将运行在一个较高的温度要低于玻璃化转变温度。一切在你的董事会的扩张,压力积累,导致微观裂纹导体中的传播。高和低的温度之间的反复循环,这些裂缝可以合并,导致骨折。更多的韧性材料(即。,与添加铟焊料)可以经历更多周期之前失败。加热和热膨胀之间这种关系是中央在热机的分析。

模拟微裂纹积累期间多次热循环不是简单的问题,直接模拟这个问题是一个复杂的随机漫步在一个随机系统。然而,如果你对microvia实验数据的可靠性和焊点可靠性由于热循环,你可以准确地估计周期的数量会导致骨折。一般来说,当极端温度之间的差异越小,董事会可以承受更多的周期。

电子的热机械的分析过程所得按照以下顺序:

稳态温度计算:计算稳态董事会时,其温度在操作。这应该包括所有冷却风扇和组件的操作。
温度上升转化成体积膨胀:一旦板的每个区域的温度计算,它可以使用CTE值转换为体积变化。
由于本公司在华业务扩大计算应变各种结构:不同结构的应变经验等于体积膨胀。通过,这下被机械地强调扩张,通过经历一些额外的机械应变。

最好的工具来计算稳态温度分布是使用热CFD模拟建立一个有限元/有限差分网格直接从您的设计数据。系统中的温度变化计算然后乘以CTE值,这决定了热应变。导体上的总应变,您需要考虑的具体结构紧张在扩张。

导体和通过在热机械的可靠性分析

导体表层或内部层不太容易热故障下热循环重复。相反,通过在特定位置容易骨折。通过热机械应力,断裂的根本原因是CTE值之间的不匹配的铜导体和衬底材料。

铜CTE值~ 16 ppm / K,而FR4 CTE值~ 70 ppm / K沿厚度方向。下图显示了如何扩大底物通过结构强调的地方。黄色的箭头显示的位置和方向应力应用于通过。

通过比较热应力在热机的分析。黄色的箭头显示的位置和方向的压力由于衬底的扩张。

通过结构的不同热膨胀期间容易失败。注意,土地,垫,通过体验骨折和桶,但有特定位置已知很容易断裂。

高和低的纵横比镀通孔通过

通孔通过高纵横比是最容易断裂附近的中间通过桶。这是因为电镀解决方案是通过孔毛细管力,和电镀的解决方案可以通过桶耗尽的长宽比很大时中心附近。这意味着产生的电镀厚度通过桶的中心附近。宽高比低通孔通过镀可以更均匀,意义通过桶的中心附近的镀层厚度与附近的两端通过。假设你的分层盘旋飞行是对称的,然后一个期望骨折发生稍微接近顶部的表层。