PCB joule heating 需要多久達到熱平衡?

更新於 發佈於 閱讀時間約 1 分鐘
燒板原因百百種,元件老化,過熱,短路,layout bottle neck…原因不一而足,只有一個共同點,就是死無對證。
擺在你眼前的通常就是屍體一塊,差別只在於你是不是目擊者,因此要重現通常很難,死都死了。
這次的模擬源自一個EE問過,"如果在這個條件下,板子可以撐多久?"
雖然當時直接就打槍他,你加熱完要冷卻,但你沒辦法保證使用者回到室溫再用,下場就是體育館的水銀燈 (或是投影機的燈)
但是這個問題的確是個好問題,可以做為未來驗屍線索,於是有了這次的主題。
先說結論,如果是layout造成的燒板,via約莫會在120s之內,銅箔則是20s之內
以下是模擬細節:
接下來使用3×3 和 5×5 矩陣配上不同電流看看效果
3×3 vias
5×5 vias
再來是模擬一塊通了大電流的gold finger (單層), 寬度大概在6mm
從結果我們大致上可以看出,灌的電流越大,斜率越大,但是到熱平衡的時間沒有太大不同。
如果不考慮 Tg(玻璃轉換溫度),Via大概需要120s,銅箔大概需要20s來達到熱平衡,然而如果觸及Tg,會在之前就掛掉,具體概念可以用下面這張圖來解釋。
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在PCB 當中,和Via有關熱效應可以分作幾個方面: 1. 電流不經過Via, 但因為打了Via,而造成通道銅箔變窄 2. 因為Via的排列方式,導致每一顆Via經過的電流並不平均 模型以常見的Via32做測試,以截面積寬為361mil加載25A作為分析對象。觀察打了一組4x4的矩陣之後會有什麼狀況
有這麼一個江湖流傳已久的手法 "把solder mask開窗,露銅上錫可以幫助銅箔散熱" 說實在是,我本人很是懷疑,於是有了這次的模擬 結論是,還真有幫助,但是並不是幫助散熱,而是增加局部銅厚,幫忙減輕銅箔電流密度負擔。
在這兩篇曾經提過PCB Layout對於晶片溫度有著不小的影響: IC的熱相關參數: 熱傳遞路線與THERMAL METRIC IC的熱相關參數: 熱阻與熱特性參數 這篇透過3種狀況來比較其表現,分別是: 載入真實線路,等效熱傳導係數,以及一整塊FR-4,分別對應Rjb從大到小,讓大家用模擬感受一下
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