高溫電路板在哪些行業(yè)中使用以及哪些不同的熱挑戰(zhàn)是什么
高溫設計的布線挑戰(zhàn)
了解高溫電路板在哪些行業(yè)中使用以及哪些不同的熱挑戰(zhàn)是什么。一些有助于高溫板的設計方法。
PCB設計工具如何幫助您進行高溫PCB設計。
您如何利用設置設計規(guī)則來確保布線盡可能順利？我們越來越多地看到電路板在高溫和/或高溫環(huán)境下工作
在炎熱的夏天，赤腳走在人行道上的任何人都知道找到踏上道路上最涼爽的地方的重要性。您將避免明顯的熱點，嘗試降落在草地上，如果有人在院子里澆水，則前往積水的涼爽水坑。設計可在高溫下運行的印刷電路板時，我們需要以相同的思路進行處理-找到最涼爽的方式來放置和布線該電路板。
由于現(xiàn)代電子設備需要更快的電路和更多的功率，因此它們也正在越來越苛刻的環(huán)境中使用。這些方案的結(jié)合將提高電路板材料的操作公差，并且尋找新的散熱方法符合設計人員的最大利益。這是高溫設計的一些布線挑戰(zhàn)，以及有關如何創(chuàng)建可以承受這些更高溫度的PCB的一些想法。
了解高溫電路板
多年來，大多數(shù)電子設備都在不需要特殊散熱的標準溫度下工作。但是，對于具有更高性能和當前規(guī)格的設備，這已經(jīng)發(fā)生了變化。即使是以前從未被視為高溫電子產(chǎn)品的產(chǎn)品，例如計算機，現(xiàn)在也開始超過高溫閾值。此外，在某些行業(yè)中，電子產(chǎn)品的運行環(huán)境要優(yōu)于其他行業(yè)。其中一些包括：
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天然氣和石油：該行業(yè)對高溫電子設備的需求有三方面。首先，在操作的鉆探部分中，通過傳感器和地質(zhì)導向電子設備監(jiān)視和指導鉆探設備。其次，電子儀器用于測量諸如放射性和磁共振之類的特性，以便地質(zhì)學家評估鉆孔的狀況。第三，在生產(chǎn)過程中，在孔內(nèi)使用了其他儀器來監(jiān)測壓力，溫度和振動，以控制物料的泵送。這些是關鍵路徑電子設備，因此故障可能會花費大量時間和金錢。
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航空電子設備：隨著飛機開發(fā)的不斷發(fā)展，對下一代電子設備的需求也在增長。一個普遍的改進是，過去在飛機上使用的笨重的線束和連接器現(xiàn)在已被直接控制電子設備取代。盡管這大大減輕了飛機的重量，但也使電子設備更靠近發(fā)動機和其他熱源。
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汽車業(yè)：汽車工業(yè)也正在使用越來越多的機電和機電一體化系統(tǒng)來代替舊的機械和液壓系統(tǒng)。與飛機一樣，這使電子設備比以前更靠近熱源。
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在較高的工作溫度下或在較熱的環(huán)境下（或兩者兼有）運行的電路板在制造時需要特別注意。這可能包括使用不會在較高溫度下熔化的焊錫膏和不同的電路板材料。
電路板的工作溫度由其Tg額定值（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）定義。FR-4是大多數(shù)電路板中使用的標準材料，在玻璃開始從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)之前，其Tg額定值可在高達130至140攝氏度的溫度下運行。當電路板的工作溫度和環(huán)境溫度超過這些溫度時，則應考慮使用除FR-4以外的其他材料，例如盛藝S1000-2，ARLON 85N和ITEQ IT-180A。這些材料將提供對高溫以及熱應力和沖擊的抵抗力。
除了制造工藝和材料之外，工程師還需要設計更高的溫度。讓我們看看這意味著什么。
元器件放置，電源走線和電源平面在PCB熱管理中都很重要
應對高溫設計的布線挑戰(zhàn)的基本設計原則
小銘打印SMT貼片加工廠：PCB設計人員首先要考慮的是在更高溫度下工作的電路板，這是他們將使用的元器件類型。許多標準元器件的設計不能在極高的溫度下工作，它們將無法達到規(guī)格或在這些溫度下簡單地失效。設計人員在搜索要在這些設計中使用的元器件時，需要包括溫度額定值，以防止電路板故障。
下一步是考慮如何將元器件放置在板上。重要的是要在熱的部件之間保持盡可能遠的距離，以防止在板上形成高溫區(qū)。諸如高功率電阻器和穩(wěn)壓器之類的電源元器件會產(chǎn)生大量熱量，并且當多個部件聚集在一起時，將會產(chǎn)生額外的熱量。雖然電源的各個部分必須保持彼此靠近，但應盡可能分散不同的電源，以在板上形成熱平衡。在這里，使用Cadence Allegro這樣的PCB設計系統(tǒng)可以通過設置特定的保留區(qū)域和其他設計約束來控制元器件的放置，從而真正幫助您。
我們的設計還有其他方面需要考慮。使用通孔將熱量傳導到電路板的電源和接地層是一種方法，而將系統(tǒng)外殼修改為包括熱絕緣是另一種方法。在設計中添加散熱器以幫助熱元器件也很重要，而冷卻風扇是幫助散熱的另一種方法。最后，還有一些路由注意事項也可以提供幫助。
高溫印刷電路板上的走線布線
您將在高溫PCB上執(zhí)行的許多跟蹤布線與您已經(jīng)在執(zhí)行的操作相似。您需要準備要進行布線的設計，設置層堆疊要求，添加設計規(guī)則，并對板進行布線，如您在此鏈接中所見。仍然需要遵循高速設計規(guī)則，這將需要設置設計規(guī)則和約束。
需要更多關注的是如何布線電源走線。您將要確保使大電流路徑盡可能短，并使它們遠離其他敏感電路。高功率電路需要更多的銅來傳導該功率以及散發(fā)熱量。在功率和熱量方面，越寬越好。跡線太窄可能會導致性能下降。
要在高溫設計中進行PCB布線的另一個領域是電源和接地層的結(jié)構(gòu)。帶有通孔的電路板上的大型銅層有助于從熱的設備中除去熱量。當這些平面連接到板的外層時，熱量更有可能被從板中拉出并進入周圍環(huán)境。
但是關鍵是要記住，您的飛機還需要通過提供清晰的返回路徑以及噪聲電源的隔離接地來滿足電路板的信號和電源完整性需求，如本白皮書中所述。這是設計人員最需要設計技能的地方，以設計功率平面以實現(xiàn)所有這些目標，同時還要處理熱量。幸運的是，PCB設計工具中有一些功能可以提供幫助。
設計工具如何提供幫助
深圳小銘打樣SMT貼片加工：您可以幫助設計用于高溫操作的電路板的第一步是充分利用設計規(guī)則和約束。確保以導熱和通電所需的寬度指定電源和接地走線。您可以使用的另一個很棒的工具是在線元器件瀏覽器，例如Cadence示意圖系統(tǒng)中的Unified Component Search。使用此工具，您可以在搜索過濾器中定義不同的元器件參數(shù)，以找到最適合電路板散熱需求的部件。
您還應該使用仿真和分析工具來幫助您創(chuàng)建設計。Allegro中的IR Drop Vision分析工具將在您制作電源平面和接地平面時提供幫助，以確保您在所需的電路板設計中獲得了電源覆蓋率。此外，還有許多其他功能和工具可用來幫助您在致力于制造之前管理設計的散熱方面。
您需要最好的PCB設計系統(tǒng)來應對當今在更高溫度和更高溫度下工作的電子產(chǎn)品的要求。
