Langsung Ke:
Suhu adalah elemen penting dari keselamatan, keandalan, dan kinerja di papan sirkuit tercetak (PCB). Suhu tinggi dapat dengan cepat menyebabkan malfungsi dan kerusakan permanen.
Beberapa keadaan dapat memasukkan panas ke dalam cara kerja PCB. Komponen yang dipasang ke PCB dapat menghasilkan panas yang berlebihan. Elemen eksternal — misalnya, komponen lain dalam sistem yang kompleks seperti sistem kedirgantaraan atau aplikasi medis — dapat menghasilkan panas yang berlebihan. Panas mungkin menumpuk di PCB karena ventilasi yang tidak memadai. Atau selama perakitan PCB, panas yang dihasilkan selama pengeboran dan penyolderan dapat menyebabkan tekanan termal yang tidak semestinya pada komponen dan menyebabkan papan rusak.
Apa pun alasannya, para insinyur membutuhkan cara untuk mengelola panas untuk memastikan bahwa PCB dapat bertahan dari tekanan termal tinggi yang pasti akan mereka hadapi. Apa sajakah teknik pembuangan panas PCB yang efektif dan cara untuk mencegah kenaikan suhu PCB? Kami akan menjawab pertanyaan ini lebih detail di bawah.
Pemantauan suhu PCB sangat penting karena suhu tinggi dapat mengubah struktur PCB dan mengurangi kinerjanya atau menyebabkannya rusak.
Pengukuran suhu PCB juga penting karena masalah yang dihasilkan dari suhu tinggi tidak tetap terlokalisasi. Mereka dapat dengan cepat menyebar ke komponen lain dari PCB dan menyebabkan serangkaian malfungsi dan kerusakan.
Panas yang berlebihan pada PCB dapat menyebabkan jenis kerusakan berikut:
Sebelum mengukur suhu PCB, penting untuk menentukan sumber panas utama di PCB — biasanya mikrokontroler atau mikroprosesor — serta untuk menemukan sensor suhu.
Anda juga perlu menemukan pin ground (GND), yang biasanya dipasang pada substrat sumber panas. Sebagian besar panas yang dihasilkan dalam PCB bergerak ke sensor suhu melalui pin GND ini. Karena pin terhubung ke substrat, pin tersebut memiliki ketahanan termal paling rendah dari semua komponen PCB antara sensor suhu dan sumber panas.
Setelah Anda memiliki informasi ini, pemantauan suhu dapat dimulai. Pengukuran suhu PCB biasanya melibatkan tiga langkah berbeda:
Mengikuti langkah-langkah ini akan memungkinkan Anda mengukur suhu sumber panas utama — dan juga PCB secara keseluruhan — dengan akurasi dan presisi.
Berapa banyak panas yang dapat ditahan PCB tergantung pada bahan penyusunnya. Bahan dengan sifat termal yang optimal memberikan ketahanan yang andal terhadap efek panas tinggi, sedangkan beberapa bahan kurang tahan terhadap suhu tinggi. Metrik yang dikenal sebagai suhu transisi gelas (TG) membantu menunjukkan resistensi ini. Misalnya, FR-4 memiliki TG sekitar 135 derajat Celcius.
PCB biasanya didefinisikan sebagai PCB suhu tinggi jika mereka dapat menahan batas suhu 150 derajat Celcius. Beberapa PCB suhu tinggi mungkin dapat menahan panas yang lebih tinggi, tetapi papan yang dibuat dari bahan dengan ketahanan panas yang lebih rendah akan dapat beroperasi dengan aman hanya pada suhu yang jauh lebih rendah. PCB suhu tinggi menjadi semakin umum dalam aplikasi seperti aplikasi otomotif dan industri di mana suhu ekstrem merupakan bagian dari lingkungan kerja.
Salah satu penyebab umum panas tinggi di PCB adalah salah satu komponen di dalam PCB tidak berfungsi dan hilang, gagal menghasilkan jumlah daya yang biasanya dihasilkan. Ketika ini terjadi, komponen di sekitarnya harus menghasilkan lebih banyak daya untuk mengimbanginya. Menghasilkan lebih banyak daya menyebabkan risiko panas berlebih.
Komponen lubang tembus dan komponen heat-sink adalah komponen dari PCB yang menyuplai daya. Mereka menghasilkan panas dan membuangnya ke udara. Jika heat sink tidak disolder dengan benar, atau jika komponen lain dari PCB mengganggu lubang tembus, komponen lain akan menghasilkan lebih banyak panas dari biasanya untuk mengimbanginya. Skenario ini juga menyebabkan risiko panas berlebih.
Perangkat pemasangan permukaan (SMD) terhubung ke PCB dengan cara yang sama seperti komponen melalui lubang. Mereka memungkinkan aliran arus yang lebih lancar melalui lubang tembus dan komponen heat-sink. Tetapi komponen lubang tembus dan SMD harus diposisikan pada jarak yang benar satu sama lain. Jika mereka terlalu jauh, arus akan memiliki lebih jauh untuk melakukan perjalanan. Waktu ekstra yang dibutuhkan arus untuk mengalir dapat menyebabkan komponen penerima tetap dingin terlalu lama. Ketika itu terjadi, komponen lain mungkin terlalu panas untuk mengimbanginya.
Temperatur tinggi sangat mungkin terjadi pada aplikasi yang menggunakan sirkuit frekuensi tinggi. Alasannya adalah pembangkitan lebih banyak daya secara alami menghasilkan lebih banyak panas.
Sirkuit frekuensi radio, misalnya, mewakili sektor yang berkembang pesat dalam rekayasa PCB. Sirkuit ini sangat kompleks tetapi memiliki banyak aplikasi yang berguna, mulai dari keamanan nirkabel dalam produk medis dan industri hingga smartphone. Sirkuit frekuensi tinggi ini cenderung menghasilkan panas dalam jumlah besar, sehingga teknik desain khusus diperlukan untuk jenis PCB ini.
Secara keseluruhan, industri PCB bergerak menuju pembatasan zat berbahaya (RoHS). PCB RoHS menggunakan solder bebas timah, dan solder bebas timah membutuhkan suhu tinggi agar dapat mengalir dengan bebas.
Seperti yang telah kita lihat, mencegah kenaikan suhu PCB sangat penting. Tapi bagaimana Anda bisa mengurangi panas di PCB? Insinyur dapat menggunakan beberapa teknik pembuangan panas PCB yang berbeda:
PCB pada dasarnya adalah pabrik penghasil panas karena semua komponen penghasil panas yang dikandungnya. PCB membutuhkan beberapa cara untuk menghilangkan semua energi panas itu. Umumnya, jawabannya melibatkan heat sink. Unit pendingin menghilangkan panas dengan aman sehingga tidak menumpuk dan merusak papan.
Sebagian besar perangkat elektronik memiliki kipas untuk pendinginan, dan sebagian dari tujuan kipas tersebut adalah untuk membantu mendinginkan PCB. Kipas pendingin menyebarkan panas dari perangkat elektronik sambil membiarkan udara dingin masuk, membantu mencegah panas berlebih dan memperpanjang masa pakai dan kinerja PCB.
Memilih bahan tahan panas salah satu strategi paling efektif untuk mengurangi panas di PCB. Misalnya, PCB tembaga berat yang dibuat dengan pelat tembaga tebal membuat pilihan yang sangat baik untuk daya tahan dan kemampuannya menahan suhu tinggi. Mereka menangani tingkat arus yang lebih tinggi, menahan suhu yang lebih tinggi untuk waktu yang lebih lama dan menyediakan titik koneksi yang lebih kuat daripada PCB standar. Karena alasan ini, mereka sangat berguna dalam aplikasi otomotif, penerbangan, mesin berat, dan konverter daya, serta lingkungan tugas berat lainnya.
Banyak PCB mengandung FR-4, yang meskipun berguna sebagai penghambat api, tidak dapat mentolerir suhu yang sangat tinggi. Mengetahui bahwa PCB mengandung FR-4 dalam konstruksinya dapat memungkinkan para insinyur merancang sirkuit yang tidak akan menghasilkan lebih banyak panas daripada yang dapat ditahan material.
Bahan seperti bahan RF — yang digunakan dalam sirkuit frekuensi radio — dan poliamida juga sensitif terhadap suhu tinggi. Polytetrafluoroethylene (PTFE) sangat umum di papan RF, tetapi dapat mengoles di bawah panas pengeboran, dan noda sangat sulit dihilangkan. Bahan-bahan ini tidak umum di PCB seperti FR-4, tetapi para insinyur harus berhati-hati dalam merancang mereka jika mereka juga bekerja dengan bahan-bahan ini. Sangat disarankan untuk menggunakan laminasi suhu tinggi dalam situasi ini.
Pada PCB, pelat yang lebih tebal cenderung kurang efektif menghantarkan panas daripada yang lebih tipis. Mereka membutuhkan lebih banyak daya untuk mencapai suhu tinggi, sehingga dengan teknik yang tepat, mereka dapat membantu mengurangi risiko panas berlebih, bengkok, dan gangguan.
Menerapkan laminasi adalah cara lain untuk mencegah kerusakan dari suhu tinggi. Laminasi PCB suhu tinggi dapat mencegah panas berlebih dengan menawarkan perlindungan panas untuk komponen PCB.
Laminasi suhu tinggi harus memiliki sifat pelindung berikut:
Koefisien ekspansi termal (CTE) mengukur seberapa banyak material mengembang saat terkena suhu tinggi. Dalam desain PCB, sangat ideal untuk lapisan dielektrik memiliki CTE yang mirip dengan lapisan tembaga. Dengan begitu, jika lapisan mengembang, mereka melakukannya dengan cara yang seragam yang menyebabkan kerusakan minimal.
Dalam tumpukan multilayer, jika CTE tidak selaras, lapisan akan berkembang pada tingkat yang sangat berbeda, yang dapat menyebabkan lengkungan dan gangguan. Jika ekspansi yang tidak merata ini terjadi selama perakitan PCB, ketidaksejajaran juga dapat menyebabkan masalah serius untuk pengeboran.
Memilih bahan PCB dengan CTE lebih rendah membantu mencegah panas berlebih. Misalnya, PTFE yang diisi dengan woven glass atau serat mikroglass memiliki karakteristik listrik yang sangat baik, tetapi juga memiliki CTE yang tinggi. Jadi bahan ini adalah pilihan yang buruk ketika ketangguhan termal adalah prioritas utama. Di sisi lain, PTFE yang diisi dengan keramik memiliki CTE yang lebih rendah dan bekerja jauh lebih baik pada suhu tinggi, meskipun sedikit kehilangan karakteristik kelistrikannya.
Menentukan jarak komponen pada PCB bisa menjadi proses yang rumit. Ketika komponen papan terlalu berdekatan, crosstalk dapat terjadi — yaitu, komponen yang berbeda dapat mulai berinteraksi satu sama lain dengan cara yang tidak diinginkan. Interaksi yang tidak diinginkan ini mengarah pada sesuatu yang dikenal sebagai efek kulit. Ketika efek kulit terjadi, resistansi jejak meningkat, menyebabkan kerugian resistif dan menambahkan panas ke sirkuit. Efek kulit sangat umum terjadi pada PCB frekuensi tinggi, jadi teknisi harus ekstra hati-hati dengan jarak komponen agar papan tidak terlalu panas.
Pipa panas dalam PCB dapat membantu menyebarkan panas juga. Cairan dalam pipa dapat menyerap panas dan mencegahnya merusak komponen papan.
Indeks termal relatif (RTI) dan suhu operasi maksimum (MOT) adalah dua pengukuran yang relevan yang harus diperhatikan oleh para insinyur dalam merancang PCB.
RTI menunjukkan suhu tertinggi yang dapat ditangani material tanpa mengalami perubahan sifat atau penurunan kinerjanya. MOT mengacu pada suhu tertinggi yang dapat ditahan oleh konfigurasi papan sirkuit tertentu tanpa mengalami perubahan pada propertinya atau penurunan kinerjanya. Insinyur harus mengingat kedua pengukuran ini dalam desain PCB dan memilih bahan dan komponen sirkuit dengan ketahanan panas yang kuat seperti yang ditentukan oleh metrik ini.
Saat Anda membutuhkan PCB yang dirancang untuk kontrol suhu, jadikan Millenium Circuits Limited sebagai penyedia tepercaya Anda untuk solusi teknik. Laminasi PCB suhu tinggi kami membantu mengurangi risiko panas berlebih pada PCB, dan PCB tembaga berat dan PCB TG tinggi kami menawarkan kemampuan unggul untuk menahan suhu tinggi. Kami juga dapat membantu memfasilitasi desain PCB khusus sesuai spesifikasi Anda.
Hubungi kami hari ini untuk mendapatkan penawaran atau untuk mempelajari lebih lanjut.
Minta Penawaran Gratis
Teknologi Industri
Sensor suhu LM35 adalah perangkat listrik yang mendeteksi dan mengukur kesejukan atau panas sebelum mengubahnya menjadi sinyal listrik. Jenis sensor berkisar dari mekanik (termometer), listrik (termistor atau termokopel), atau Sirkuit Terpadu (seri MCPXXXX, LMXX, atau ADTXXX). Pada artikel hari in
Tidak diragukan lagi, sebagian besar proyek teknik biasa menggunakan desain PCB standar. Juga, PCB tradisional tidak dapat bekerja untuk semuanya. Jadi, jika Anda berurusan dengan aplikasi tingkat lanjut, Anda memerlukan PCB berkecepatan tinggi. Namun, merancang PCB berkecepatan tinggi bisa jadi ru
Papan sirkuit tercetak, juga dikenal sebagai PCB, membentuk inti dari setiap bagian elektronik saat ini. Komponen hijau kecil ini sangat penting untuk peralatan sehari-hari dan mesin industri. Desain dan tata letak PCB merupakan komponen penting dari fungsi produk apa pun - inilah yang menentukan ke
Sebagai platform terintegrasi komponen yang paling umum, PCB multi-layer menghubungkan papan sirkuit dan komponen bersama-sama. Dengan produk elektronik menjadi ringan, tipis dan berukuran kecil, dan memiliki kinerja tinggi, komponen IC menjadi sangat terintegrasi, yang mengarah pada integritas PCB
