Mengelola Suhu PCB: Strategi Terbaik untuk Mengontrol Panas

Sementara konsep PCB memiliki dasar-dasar dalam desainnya yang telah tetap sama selama bertahun-tahun, teknologi yang mempengaruhi PCB telah berubah dengan cepat selama beberapa dekade terakhir. Satu masalah yang tetap konstan adalah masalah suhu PCB.

Bentuk fisik PCB terdiri dari jejak, lubang, lapisan, lubang melampaui, dan masker solder. Setiap hal ini dapat dipengaruhi oleh suhu PCB.

Bola salju masalah dapat terjadi jika suhu PCB naik secara linier. Jika tidak diperiksa, ini akan secara negatif mempengaruhi kinerja PCB.

Artikel ini akan memberikan gambaran tentang desain papan suhu tinggi dan bagaimana suhu dapat dikelola secara mikro.

1. Penyebab Suhu PCB Tinggi

Langkah pertama dalam mengelola apa pun adalah mendeteksi sumber pengelolaan yang diperlukan. Suhu PCB tidak terkecuali, dan karena PCB menggunakan panas untuk berfungsi, pertama perlu menentukan penyebab suhu PCB yang tinggi.

Suhu PCB tinggi dapat menyebabkan masalah kinerja. Saat arus terlalu kuat di seluruh PCB, suhu akan naik.

Ada tiga tanda umum dari anomali ini.

Component dissipation

Ini adalah tanda pertama bahwa suhu di PCB naik terlalu tinggi. Satu hal yang perlu diingat di sini adalah bahwa panas yang dihasilkan oleh komponen berbanding lurus dengan arus beban yang mengalir melalui komponen tersebut.

Dalam kasus khusus ini, component dissipation terjadi ketika satu komponen PCB tidak menghasilkan jenis daya yang biasanya dihasilkan. Ini menyebabkan fitur lain membuat lebih banyak energi dari biasanya untuk menyeimbangkan komponen yang menyebarkan.

Jika arus yang melewati resistor tidak konsisten, kapasitor dan komponen papan sirkuit utama lainnya akan menanggung muatan yang lebih besar dari biasanya untuk menyesuaikan.

Through Hole

Salah satu hal paling umum yang menyediakan daya pada komponen adalah heat sink. Komponen heat sink juga dikenal sebagai komponen lubang melampaui.

Komponen ini menghasilkan panas dengan menyebarkan panas ke udara. Heat sink membuat ini mungkin, dan satu cara Anda dapat mengelola suhu PCB di sini adalah melihat apakah heat sink disolder dengan benar.

Jika komponen lain pada PCB mengganggu lubang melampaui atau heat sink, ini akan menyebabkan fitur lain bekerja overtime untuk menghasilkan lebih banyak panas dari yang diperlukan.

SMD components

SMD singkatan dari “surface-mount device.” Ia terhubung ke PCB sama seperti komponen lubang melampaui dan memungkinkan arus untuk berjalan lebih lancar di antara komponen lubang melampaui dan heat sink.

Sejauh memelihara suhu PCB, salah satu masalah paling umum yang dapat dihadapi berkaitan dengan posisi komponen lubang melampaui pada PCB relatif terhadap komponen SMD.

Jika mereka terlalu jauh, mungkin memakan waktu terlalu lama untuk daya untuk bepergian ke dan dari komponen ini. Ini dapat menyebabkan bagian tetap dingin terlalu lama, yang akan menyebabkan anggota lain overheat. Jika mereka terlalu dekat satu sama lain, suhu akan terlalu tinggi.

Banyak informasi ini berasal dari WellPCB, organisasi yang spesialis dalam mengeksplorasi cara baru untuk mengelola suhu PCB secara mikro.

2. Saluran Transfer Suhu PCB

Satu hal yang umum tentang suhu adalah bahwa mereka tidak pernah statis. Suhu umumnya tidak pernah sama. Ini menyadari hal ini, serta banyak saluran transmisi suhu PCB.

Suhu dipengaruhi dalam banyak cara, dan salah satu cara yang dapat Anda gunakan untuk mengelola baik suhu umum di PCB Anda dan komponen PCB adalah untuk mengetahui tidak hanya tentang saluran ini tetapi juga bagian PCB yang menggunakan saluran mana.

Radiation

Saat orang merujuk pada energi termal dalam bentuk gelombang elektromagnetik, mereka berbicara tentang radiasi. Panas radiasi biasanya dihasilkan secara pasif, berarti Anda tidak dapat langsung menurunkan atau meningkatkan suhu dengan radiasi.

Radiant heat has an almost negligible effect on PCB temperature.

Pada saat yang sama, ini juga saluran yang mungkin harus Anda khawatirkan paling banyak. Itu karena suhu PCB juga dipengaruhi oleh energi termal.

Saat datang ke suhu, tidak ada yang benar-benar sepele. Pikirkan apa yang akan terjadi jika pesawat terbang bergerak hanya satu derajat dari kurs. Jika ini terjadi, ia akan mendarat di lokasi yang berbeda dari yang direncanakan, tidak peduli seberapa pendek jaraknya.

Suhu PCB bekerja dengan cara yang sama. Jika PCB perlu berada pada suhu 30 derajat Celsius untuk berfungsi secara optimal tetapi tetap pada 32 derajat untuk waktu yang sangat lama, hasilnya tidak akan diinginkan.

Sementara tidak ada cara untuk mengelola panas radiasi secara langsung, mungkin untuk mengelola panas radiasi secara tidak langsung. Ada di lingkungan dengan suhu konsisten saat membangun dan memproduksi PCB adalah satu cara untuk melakukan ini.

Convection

Convection terjadi ketika panas dipindahkan ke fluida atau udara. Berbeda dengan radiasi, konveksi sepenuhnya langsung dan memiliki efek yang kuat pada suhu PCB secara keseluruhan.

Contoh paling terkenal dari konveksi adalah saat memasak sesuatu. Bagaimanapun, hampir semua oven adalah oven konveksi. Panas dari oven dipindahkan ke udara, yang memungkinkan untuk memasak hal-hal.

“Memasak” juga terjadi ketika datang ke bahan PCB, dan sama seperti penting untuk mengetahui suhu saat memasak di dapur, juga perlu untuk mengetahui suhu saat memanaskan bahan PCB.

Conduction

Bentuk paling langsung dari saluran transfer suhu adalah konduksi. Dalam konduksi, panas dipindahkan antara sumber panas dan heat sink.

Contoh paling kuat dari ini adalah ketika petir memukul sesuatu yang logam atau fluida. Dalam contoh ini, sumber panas adalah petir, dan heat sink adalah cairan atau logam.

Mengetahui komponen mana dari PCB Anda yang berfungsi sebagai sumber panas dan bagian mana dari PCB yang berfungsi sebagai heat sink adalah cara yang baik untuk menentukan kapan ide untuk memutuskan jenis arus mana yang dapat ditahan komponen.

3. Toleransi Suhu PCB

Produsen PCB juga mengalami masalah dengan komponen overheat di PCB karena mereka tidak meluangkan waktu untuk mempelajari jenis suhu mana yang dapat ditahan bahan.

Hanya mengetahui ini dan membuat daftar adalah sesuatu yang harus dilakukan oleh setiap produsen. Menyimpan daftar yang menunjukkan seberapa panas setiap bahan dapat menjadi sangat berguna dan, dalam banyak kasus, diperlukan.

Misalnya, panel PCB berisi bahan yang disebut FR-4, yang dapat menahan suhu hingga 90 sampai 110 derajat Celsius. Oleh karena itu, saat menyiapkan PCB dengan bahan FR-4, Anda harus sadar akan arus apa pun yang melibatkan bahan ini yang dapat melebihi 110 derajat Celsius.

Mengetahui jenis suhu mana yang dapat ditahan panel PCB yang akan Anda produksi adalah salah satu aspek terpenting dalam mengelola suhu PCB secara mikro, tetapi juga salah satu yang paling diabaikan.

4. Cara Mengukur Suhu PCB

Penting untuk memahami jenis suhu apa yang dapat ditahan bahan panel PCB Anda. Juga perlu untuk mengetahui bagaimana panas dipindahkan di antara komponen PCB.

Mengetahui hal-hal ini akan membantu Anda mengelola suhu PCB secara keseluruhan secara mikro. Hal lain yang baik untuk diketahui adalah cara mengukur suhu PCB.

Measuring, in this case, does not mean checking the environmental temperatures that are displayed.

Itu sebaliknya merujuk pada mengukur bagaimana suhu naik dan turun. Mengetahui proses ini adalah salah satu metode paling akurat untuk mengukur suhu PCB secara keseluruhan.

Ada beberapa hal yang perlu Anda identifikasi sebelum mengukur suhu PCB dengan cara ini. Ini adalah sumber panas utama dan sensor suhu. Itulah bagaimana sebagian besar panas dihasilkan dan di mana sebagian besar arus terjadi.

Hal berikutnya yang harus dilakukan adalah menemukan pin GND dari sumber panas. Biasanya terhubung ke substrat sumber panas.

After doing this, you can measure PCB temperature by doing these three things:

Using a common ground plane between the temperature sensor and the heat source.

You are connecting the GND pins of all temperature sensors to the ground plane of the heat source.

You are keeping the temperature sensor and heat source reasonably close to each other on the PCB.

Doing this will allow you to accurately and consistently track the global temperature of the PCB and the primary heat source.

5. Hasil yang Ditimbulkan oleh Suhu PCB Berlebih

Mengetahui cara mengukur suhu PCB dengan akurat dan tepat adalah satu hal. Namun apa yang terjadi ketika komponen dan bahan PCB terlalu panas?

Excessive temperatures will destroy the integrity of the layer.

Apa yang terjadi ketika sesuatu terlalu panas atau dingin? Mereka melebar dan menyusut, masing-masing.

PCB tidak berbeda. Lapisan PCB sensitif terhadap suhu. Suhu berlebih akan merusak panjang, lebar, dan ketebalan lapisan PCB jika tidak dikelola secara mikro.

Kembali ke contoh konveksi di bab 2, ini mirip dengan meninggalkan makanan di microwave terlalu lama, menyebabkan item makanan di dalam meledak.

Hal serupa terjadi pada lapisan PCB jika mereka terlalu panas.

Thermal energy expands most substances, altering them.

Substansi melebar saat terlalu panas, mengubah bentuknya dengan cara apa pun.

Bahan sirkuit tidak terkecuali dari ini. Suhu tinggi dapat dan akan mengubah bentuk garis transisi dalam bahan sirkuit ini. Saat ini terjadi, itu akan mengubah dimensi bahan sirkuit itu sendiri.

Ini akan menghasilkan kerugian lurus, distorsi, dan pergeseran frekuensi dalam bahan sirkuit.

Materials expand at different rates.

Bahan dalam PCB tidak hanya akan melebar saat di sekitar suhu tinggi, tetapi mereka juga akan melebar dengan kecepatan yang berbeda.

Permukaan PCB terdiri dari lapisan dielektrik atau lapisan logam konduktif. Lapisan ini melebar hingga batas yang berbeda dengan kecepatan yang berbeda. Perbedaan ini tidak hanya terpisah dari dielektrik dan konduktif. Tidak ada lapisan dielektrik atau konduktif yang dibuat sama.

Salah satu kesalahan paling umum yang dapat dilakukan oleh produsen PCB adalah membingungkan dua lapisan ini. Pastikan untuk meluangkan waktu untuk mengetahui lapisan mana yang Anda kerjakan.

Board soldering requires different temperatures.

Pemasungan dan solder adalah keterampilan yang diperlukan untuk siapa pun yang ingin memproduksi, menguji, dan memanufaktur PCB.

Mengetahui jenis suhu yang harus digunakan saat pemasungan dan solder adalah sesuatu yang harus diketahui oleh siapa pun di perusahaan manufaktur PCB, bahkan jika mereka tidak langsung terlibat dalam pemasungan atau solder apa pun.

6. Memilih Bahan PCB yang Tepat

Cara lain untuk mengelola dan mengatur suhu yang benar untuk PCB adalah memilih bahan yang tepat untuk plat. Memilih bahan yang salah akan membuatnya jauh lebih rumit dari yang seharusnya untuk mengelola suhu ini.

Bahan paling umum untuk plat PCB disebut FR-4. Siapa pun yang baru memulai di WellPCB. Kami akan memberikan layanan one-stop dan produk berkualitas tinggi. Anda dapat mengirim dokumen yang Anda butuhkan untuk dibuat dan mendapatkan penawaran segera! Apa yang kita tunggu? Kami memiliki sepuluh tahun manufaktur PCB atau yang ingin meminimalkan risiko harus memilih bahan ini. Benang umum tentang bahan FR-4 adalah bahwa mereka dapat menahan suhu dengan baik.

Dua bahan lain tidak seumum FR-4, dan ini adalah poliamida dan RF. Sementara keduanya tidak menahan suhu seperti FR-4, mereka memiliki properti lain yang tidak dimiliki bahan FR-4.

Daftar ini akan memberikan sebagian besar informasi yang Anda butuhkan tentang bahan ini terkait dengan kapasitas suhu spesifik mereka.
 

Anda dapat melihat daftar lengkap di sini: https://bayareacircuits.com/material-library/.

7. Metode untuk Mengurangi Suhu PCB

Akhirnya, saatnya untuk menjelajahi cara mengurangi suhu PCB. Ini dapat diterapkan pada bahan apa pun dari PCB apa pun.

Heat sinks

Bagian, bahan, dan komponen PCB semuanya menghasilkan panas. Heat sink yang tepat akan menyebarkan panas ini, memungkinkan suhu untuk dikelola secara mikro.

Cooling fans

Hampir setiap perangkat elektronik memiliki kipas, tetapi banyak yang tidak memahami tujuannya.

Apakah bagian dari perangkat elektronik yang selesai atau bagian dari WellPCB, kami akan memberikan layanan one-stop dan produk berkualitas tinggi. Anda dapat mengirim dokumen yang Anda butuhkan untuk dibuat dan mendapatkan penawaran segera! Apa yang kita tunggu? Kami memiliki sepuluh tahun manufaktur perangkat; tujuan kipas pendingin adalah untuk membuang udara panas dari perangkat sambil membiarkan udara dingin masuk.

Thicker plates require more power to reach high temperatures.

Ketebalan plat adalah salah satu masalah yang lebih membingungkan yang dihadapi produsen saat menangani suhu PCB.

Sementara plat yang lebih tebal memerlukan lebih banyak daya untuk mencapai suhu yang lebih tinggi, semakin lebar piringan, semakin sedikit ia menahan. Ini dapat memperlambat suhu. Anomali ini memungkinkan metode lain untuk mengontrol suhu PCB.

Heat pipe integration considerations

 

Apa tujuan utama dari pipa yang diberikan? Itu adalah untuk mengatur alur dari substansi yang diberikan.

Itu juga benar saat mengelola suhu PCB secara mikro, karena cairan yang terlibat dalam produksi PCB dapat menyerap panas, menguap, lalu kembali menjadi cair.

Jenis proses ini memungkinkan Anda untuk terus bekerja dengan bahan dan komponen apa pun yang perlu Anda kerjakan sambil pada saat yang sama mengelola suhu yang terlibat secara otomatis.

Kesimpulan dan Ringkasan

Jika Anda memiliki perhatian yang tajam pada detail dan berpengetahuan yang baik, tidak sulit untuk memahami penyebab dan solusi yang mengelilingi suhu PCB. Informasi tambahan dapat ditemukan di arsip artikel WellPCB juga.

Ada banyak hal untuk dipelajari ketika datang ke mengelola suhu PCB secara mikro, dan kunci untuk melakukan ini adalah untuk sabar dan konsisten. Menguasai seni mengelola suhu PCB memerlukan waktu, dan panduan seperti ini dirancang untuk menyelamatkan banyak waktu.

WellPCB telah spesialis dalam penyedia layanan PCB yang tepat. Untungnya, ada berbagai bidang manufaktur PCB untuk beberapa waktu. Kami berkomitmen untuk menyediakan informasi untuk produsen PCB lainnya dan menyediakan bahan, komponen, dan layanan terbaik untuk keduanya.