设计你的PCB热可靠性
关键的外卖
你的PCB热可靠性包括多个方面,包括衬底材料,材料接口和组件。
确保热可靠性需要得到董事会温度尽可能低,都是关于材料选择、组件布局和放置其他特性如安装孔和槽。
你需要确保你的组件通过了压力测试之前用在你的下一个董事会。
随着时间的推移这些电容器故障发生极端温度之间由于多次热循环。
当组件热,那么你的董事会。热远离温暖你的董事会和提高温度在寒冷地区,和热量的速度远离热地区董事会取决于许多因素。当你计划一个新的PCB布局,你怎么能确保你的体温不会突破所需的限制呢?都是关于创建一个甚至在PCB和设计你的热量分布板承受热应力。
这些想法在热可靠性至关重要,我们的目标是确保你的板寿命最大化尽管反复接触热(热循环)。热可靠性也是一个关键组成部分幸存的热冲击,在董事会层面和组件级别。热的理解这些方面和热机的行为可以帮助你扩展你的董事会一生做出更明智的设计决策,减少温度上升和梯度。
影响热可靠性呢?
有三个视角的热可靠性必须考虑:
热冲击的可靠性。可以几乎瞬时接触高温导致董事会升温很快,可以把压力放在焊点,通过材料接口和其他的元素。
热循环可靠性。董事会不得加热到极高的温度,但它会反复循环两种极端值之间。随着时间的推移,导体可以成为疲劳(例如,通过微观裂纹,腐蚀,或点蚀)和弹性材料可以成为使变脆。
组件失败。组件可以失败由于thermally-assisted失败机制,如电迁移ICs。失败机制是特定组件,需要检查每个产品的基础上。
材料科学家在PCB行业工作花费了大量的时间识别失败机制在不同的结构,由于热冲击和热循环。一旦你考虑外部环境的影响,如湿度、灰尘、或其他空气污染物,其他失败机制会变得突出。组件是一个通配符;你必须依靠制造商彻底测试组件,只送出可靠的产品。
一旦董事会是捏造的,它可能需要接受热冲击测试以确保符合相关标准。基本的IPC和基础的测试标准存在评价热力和机械冲击,以确保可靠性。如果你想确保热可靠性,需要设计解决方案通用和特定的PCB可靠性问题。反过来,这就需要考虑到环境中,董事会将部署和热行为的环境。
影响热可靠性呢?
记住这一点,下面是一些你可以采取的措施来确保热可靠性和这些设计选择帮助解决的问题。毫无疑问,许多热可靠性问题中遇到实际系统可以解决一些基本的设计和布局的选择,如下所示。
使用你的布局来控制热量流动
有许多方面的董事会从热组件布局,影响热量消散。这些特性包括平面层的布置,安装孔和槽的安排,组件的位置,和衬底材料,所有影响热流从热到冷地区PCB。
这个未镀过的安装孔作为一个屏障,热传导与其他组件。
孔和槽可以像热屏障,在热量。因此,安装孔或其他孔隙板应放置在边缘,最好是回大底盘螺丝连接。热组件不应该集中在一个区域内。这有助于分散热负荷,创建一个甚至更多的温度分布。
不要堆栈太多盲目/埋通过
多次热循环会导致裂缝底部和microvias的脖子。骨折在盲人/埋或埋埋接口是一个问题更容易解决。简单的栈不超过2或3这些microvias交错其余(所谓“交错microvias”在人类发展指数社区,见下文)。在任何情况下,通过长宽比不应太大,大的通过镀有薄的中心附近通过的脖子。
交错和堆叠盲/ microvias埋。在一般情况下,你应该尽量堆栈不超过2层microvias防止裂缝的底部结构。内部层可以与一个标准埋通过。
使用正确的基板和焊接材料
脆化的PCB基板材料是一个长期的热可靠性问题发生在连续暴露在高温下。随着时间的推移,脱气和树脂退化导致董事会变得脆弱,很容易骨折。保形涂料在较低温度下可以帮助出气,但最好的选择是使用另一种基材板在高温下运行。陶瓷是这些应用程序的理想选择,尽管他们携带自己的制造困难。
焊接材料也可以有长期由于热循环可靠性问题。当长大的高温,压力会集中的焊料球,导致疲劳和失败。扩散的不同元素合金也会导致损耗在某些地区的焊料,最终导致降低机械强度和疲劳失效。
其他一些重要的衬底材料参数需要考虑的是:
衬底CTE值:FR4基板的z轴CTE值比这大得多的铜;考虑另一种物质CTE值是接近的铜。
High-Tg衬底材料:CTE值可以保持较低的在更宽的温度范围内当Tg值比较大。
高导热系数:使用高导热PCB基板(如金属芯)将帮助热量迅速离开组件和其他来源,给予较低的平衡温度。
这些参数将有助于确保你的电路设计会更热可靠。总是使用安全的热设计实践在你的电子设计。
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