Lorsque vous décidez de l'épaisseur de trace requise pour transporter une certaine quantité de courant sur un PCB, la réponse dépend de la hausse de température que vous êtes prêt à accepter. Cela conduit le concepteur dans la situation difficile d'essayer de décider de l'augmentation de la température qui est raisonnable. Les règles générales sont de ne pas autoriser une élévation de température de plus de 5 ° C, 10 ° C ou 20 ° C, selon le degré de prudence que vous souhaitez. Ces chiffres semblent remarquablement faibles par rapport aux augmentations de température maximales des transistors de puissance, des circuits intégrés, des résistances de puissance ou d'autres composants dissipant la chaleur, qui peuvent être de 60 + ° C. Quel est le raisonnement derrière ces chiffres?
Les raisons possibles auxquelles j'ai pensé:
- Température maximale des matériaux PCB. Pour la plupart des matériaux de type FR4, elle est d'environ 130 ° C. Même en autorisant une température ambiante très conservatrice (à l'intérieur du chassic) de 65 ° C, cela permettrait encore une autre augmentation de température de 65 ° C.
- Permettant de nouvelles augmentations de température des composants. Si un MOSFET SMT devait voir une augmentation de température de 80 ° C par exemple, vous ne voudriez pas le démarrer à 40 ° C au-dessus de la température ambiante en raison de la température du PCB environnant. Cependant, cela semble beaucoup trop spécifique à la situation pour constituer une règle de base. Dans le cas d'un MOSFET à trou traversant chauffé, par exemple, le flux de chaleur vers le haut des fils est une fraction du flux de chaleur sortant du dissipateur de chaleur, de sorte que la température du PCB ne devrait pas être une préoccupation majeure. Même avec des pièces SMT, je pourrais avoir une fine trace qui dissipe beaucoup de chaleur sur la majorité de sa longueur, mais ensuite élargir cette trace avant qu'elle n'atteigne le composant.
- Dilatation thermique des matériaux PCB. À mesure que le PCB chauffe, les matériaux se dilatent. Si différentes parties du PCB sont exposées à différentes quantités de chaleur, cela pourrait provoquer une flexion de la carte qui pourrait fissurer les joints de soudure. Cependant, étant donné que les PCB sont régulièrement exposés à des écarts de température plus élevés que cela en raison de la dissipation de puissance dans les composants qui y sont montés, cela ne semble pas être la réponse.
- Normes obsolètes. Peut-être que les limites de 5/10/20 ° C ont été imaginées il y a des années et ne s'appliquent plus aux matériaux PCB modernes, mais tout le monde a continué à les suivre sans y penser. Par exemple, les vieux panneaux phénoliques étaient peut-être moins tolérants à la chaleur que la fibre de verre moderne.
Pour poser la question autrement, disons que je trouve qu'une élévation de température de 20 ° C est trop limitative pour ma conception. Si je décide plutôt d'autoriser une élévation de température de 40 ° C, suis-je susceptible de rencontrer des problèmes de fiabilité à court ou à long terme?
Des points bonus pour quiconque peut citer des normes qui donnent un raisonnement pour les chiffres, ou qui ont des preuves historiques pour lesquelles ces chiffres ont été choisis.