使用智能檢查設計軟件，PCB 溫度不會(huì )過(guò)熱

2021-06-30

使用智能檢查設計軟件，PCB 溫度不會(huì )過(guò)熱

電路板完整性可能會(huì )在沒(méi)有設計人員有意識地減少高溫電路板區域的情況下受到損害。熱量管理有助于防止您的電路板著(zhù)火。

正確的電路板設計軟件將在高速設計及其他領(lǐng)域大有作為。

對實(shí)現更小的產(chǎn)品占位面積的重視已經(jīng)推動(dòng)多層 PCB 設計朝著(zhù)更高的組件密度發(fā)展。因此，更好的熱設計技術(shù)的應用已成為當務(wù)之急。較高的工作溫度會(huì )導致電路板的機械應力，隨著(zhù)層的加熱和冷卻，這些應力會(huì )導致開(kāi)裂和間歇性或連接失敗。熱設計涉及了解熱量是如何發(fā)生的、不同的組件和層材料如何響應熱量，以及如何正確地從 PCB 層壓材料中去除熱量。

高溫會(huì )破壞層的完整性

熱膨脹系數 (CTE) 表示為每攝氏度百萬(wàn)分之一 (ppm/oC)，它描述了 PCB 層壓板在加熱或冷卻時(shí)如何膨脹。為了正確看待這一點(diǎn)，印刷電路板的長(cháng)度、寬度和厚度會(huì )隨著(zhù)溫度的升高而膨脹。例如，常見(jiàn)的 FR-4 層壓板膨脹 14 至 17 ppm/oC。當我們將層壓板膨脹率與 IC 或 BGA 等組件的膨脹率進(jìn)行比較時(shí)，組件的膨脹率與層壓板材料之間存在顯著(zhù)差異。差異的結果表現為連接斷開(kāi)或電路不穩定。如果層壓板和組件具有相似的 CTE，則兩者都會(huì )膨脹和收縮而不會(huì )造成任何損壞。

與組件一起使用的塑料包裝具有高耐熱性。結果，熱量傳遞到 PCB 原型的裸露銅焊盤(pán)。由于這些低熱阻點(diǎn)可能會(huì )損壞，Altium Designer 提供了關(guān)于熱界面材料和散熱器正確放置的高質(zhì)量信息。例如，將散熱器熱連接到電路板與表面貼裝元件相反的一側，可使系統溫度保持在容差范圍內。但是，在某些情況下，制造商可能會(huì )生產(chǎn)需要將散熱器連接到組件頂部的封裝。

為您的 PCB 選擇合適的熱界面材料

Altium Designer 使用組件信息和分析工具來(lái)確定使用散熱圖案和淚珠來(lái)加強軌道到焊盤(pán)、軌道到通孔和軌道到軌道的連接。Altium Designer 為連接到電源或接地層的任何過(guò)孔或孔提供正確的散熱模式。散熱片通過(guò)將組件熱連接到相鄰的銅平面來(lái)將熱量從組件傳導走。

通過(guò)裸露焊盤(pán)的熱傳遞說(shuō)明 PCB 上發(fā)生了最大的熱傳遞。在您設計 PCB 時(shí)，Altium Designer 將協(xié)助確定電路板的熱阻。Altium Designer 確定熱量從元件結點(diǎn)轉移到環(huán)境空氣的路徑，它定義了 PCB 每一層的熱性能參數。從那里，您可以使用 Altium Designer 為您的 PCB 設計建立電氣規則檢查 (ERC) 和設計規則檢查 (DRC)，并驗證您的 PCB 是否滿(mǎn)足所有既定的熱設計約束。

了解何時(shí)使用導熱墊或導熱膏可能是確定如何布局電路板的第一步。

在大多數電路板中，熱量管理可能是一個(gè)設計問(wèn)題，因此了解如何減輕相關(guān)風(fēng)險可能非常有價(jià)值。

有很多方法可以緩解電路板的發(fā)熱問(wèn)題。

淚珠通過(guò)在走線(xiàn)與焊盤(pán)連接處支撐銅來(lái)減少機械應力和熱應力。

在熱設計中使用最佳實(shí)踐

高功率電路板設計會(huì )產(chǎn)生熱量，因此需要最佳實(shí)踐來(lái)散熱。這些最佳實(shí)踐包括降低外殼到環(huán)境的熱阻（?CA 用于 PCB 設計中的集成電路。通過(guò)適當的散熱技術(shù)控制熱阻可提高印刷電路板的可靠性。

良好的熱設計和適合 PCB 的熱界面材料可以提高可靠性并防止損壞組件以及柔性 PCB。然而，通向良好熱設計的途徑通常涉及對復雜幾何形狀的流體動(dòng)力學(xué)進(jìn)行數學(xué)分析。您無(wú)需嘗試執行該分析，而是可以依靠 Altium Designer 提供的分析來(lái)定義哪些材料和方法最適合熱控制。Altium Designer 提供的分析在 PCB 設計過(guò)程的早期就考慮了熱設計。

例如，您可以通過(guò)在 PDN Analyzer（電力傳輸網(wǎng)絡(luò )分析儀）應用程序中使用 PI-DC（直流電源完整性）分析來(lái)優(yōu)化您的設計，以實(shí)現電源和電源之間的最低電流密度和壓降，從而避免在布局后階段后重新設計。所有負載。PDN Analyzer 確保 PCB 上的平面、走線(xiàn)和過(guò)孔具有滿(mǎn)足安裝在板上的組件的功耗需求所需的尺寸和特性。保持直流電源布局的完整性并優(yōu)化您的設計可以減少出現熱問(wèn)題的機會(huì )。

Altium Designer 和 PDN Analyzer 提供識別問(wèn)題組件所需的工具

使用 Altium Designer，您可以訪(fǎng)問(wèn)超過(guò) 300,000 個(gè)組件的熱阻信息以及推薦的指南、可用性和成本估算。您對組件庫的訪(fǎng)問(wèn)提供了組件的功耗值，并允許您直接編輯和附加有關(guān)熱特性的任何問(wèn)題到組件。反過(guò)來(lái)，您可以使用 PDN Analyzer——一個(gè)可下載的 Altium Designer 擴展——從 PCB 設計中提取所有物理和電氣信息。

PDN Analyzer 應用程序中的工具可識別組件放置期間的熱點(diǎn)，并根據組件的功耗值生成熱圖。然后，您可以使用每個(gè)組件的真實(shí)溫度曲線(xiàn)的近似值來(lái)考慮電路的熱相互作用。

高功率、高頻功率放大器產(chǎn)生的熱量可能會(huì )損壞靠近放大器的器件結點(diǎn)或有源器件。Altium Designer 還協(xié)助放置組件以在 PCB 上均勻分布熱量。通過(guò)正確的元件放置，您的 PCB 可以將能量轉移到表面貼裝的功率元件上。

值得慶幸的是，Altium 有一系列視頻記錄了有關(guān)熱管理和熱阻的技巧和指南。

材料選擇會(huì )影響 PCB 的溫度限制。

PDN 分析儀可以在將您的電路板運送進(jìn)行原型設計或制造之前為您節省大量時(shí)間和金錢(qián)。

使用 Altium Designer 的 PDN 分析器可以使您的設計更加可靠。

方便的 PCB 編輯器使設計能夠完美運行

此外，Altium Designer 可幫助您為高溫應用選擇低 CTE 材料。Altium 的層堆棧管理器允許您為您的應用選擇具有正確玻璃化轉變溫度 (Tg)、層壓介電常數 (Dk) 和損耗因數 (Df) 的電介質(zhì)。例如，高溫 PCB 需要高于 170oC 的 Tg，并且應處理工作溫度低于 Tg 約 25oC 的連續熱負載。層堆棧管理器中的層堆棧表指定了每種層類(lèi)型的材料和機械要求。始終咨詢(xún)電路板制造商，為您的 PCB 設計選擇正確的材料和屬性。

Altium Designer 從原理圖到版圖的設計集成確保了團結

Altium Designer 的 PCB 編輯器為設計規則提供了基礎。您可以在編輯器中建立以下設計規則：

與物體保持分離

作為靈活查詢(xún)系統定義的目標工作

適用于任何設計情況

有優(yōu)先權

定義對象所需的行為，以及

確定兩個(gè)對象之間的交互。

擁有智能規則和約束編輯器可以幫助管理從 PCB 材料到焊接和回流可能對您的設計產(chǎn)生的影響的任何事情。但此外，擁有設計規則檢查器只是流程的另一部分，它使您能夠無(wú)縫地從原理圖到布局再到生產(chǎn).

能夠設置一個(gè)設計規則檢查器來(lái)定期捕捉任何潛在的設計缺陷是設計師的救星。

組件選擇，尤其是在嘗試減輕電路板的散熱需求時(shí)，可能會(huì )變得難以處理。

高速設計是許多潛在的設計途徑之一，不可避免地會(huì )遇到熱管理問(wèn)題。