PCB Thermal Design Hack wird heiß und schwer

Dank des relativ jungen Aufstiegs erschwinglicher Leiterplattenproduktionsdienstleistungen erlernen viele Hackaday-Leser gerade erst die Grundlagen des PCB-Designs. Für diejenigen, die immer noch das FR4-Äquivalent von „Hello World“ produzieren, ist es eine Errungenschaft, dass alle Spuren dorthin gehen, wo sie hin sollen. Aber irgendwann werden Ihre Entwürfe anspruchsvoller, und mit dieser zusätzlichen Komplexität gehen natürlich auch neue Designüberlegungen einher. Wie verhindert man beispielsweise, dass eine Leiterplatte bei Hochstromanwendungen selbst kocht?

Genau diese Frage wollte Mike Jouppi beantworten, als er letzte Woche den Hack Chat moderierte. Es ist ein Thema, das er so ernst nimmt, dass er tatsächlich ein Unternehmen namens Thermal Management LLC gründete, das sich der Aufgabe widmet, Ingenieuren bei der Bewältigung von Problemen beim thermischen Design von Leiterplatten zu helfen. Er leitete auch die Entwicklung von IPC-2152, einem Standard zur richtigen Dimensionierung von Leiterbahnen auf Leiterplatten basierend auf der Stromstärke, die sie tragen müssen. Es ist nicht der erste Standard, der sich mit diesem Thema befasst, aber sicherlich der modernste und umfassendste.

Es ist üblich, dass viele Designer, die sich auf Daten beziehen, die in einigen Fällen bis in die 1950er Jahre zurückreichen, ihre Spuren aus Vorsicht einfach überdimensionieren. Oftmals basiert dies auf Konzepten, die laut Mike bei seiner Forschung unzutreffend waren, etwa auf der Annahme, dass die inneren Leiterbahnen einer Leiterplatte tendenziell heißer werden als die äußeren. Der neue Standard soll Designern helfen, diese potenziellen Fallstricke zu vermeiden, obwohl er anmerkt, dass es sich immer noch um ein unvollkommenes Analogon für die reale Welt handelt; Zusätzliche Daten wie die Montagekonfiguration müssen berücksichtigt werden, um eine bessere Vorstellung von den thermischen Eigenschaften einer Platine zu erhalten.

Selbst bei einem so komplexen Thema gibt es einige Tipps, die weitreichend anwendbar sind, um sie im Hinterkopf zu behalten. Mike sagt, dass die thermischen Eigenschaften des Substrats im Vergleich zu Kupfer immer schlecht sein werden, sodass die Verwendung interner Kupferebenen dabei helfen kann, die Wärme durch die Platine zu leiten. Bei SMD-Teilen, die viel Wärme erzeugen, können große kupferbeschichtete Durchkontaktierungen verwendet werden, um einen parallelen Wärmepfad zu schaffen.

Gegen Ende des Chats bringt Thomas Shaddack eine interessante Idee auf den Punkt: Da der Widerstand einer Leiterbahn zunimmt, je heißer sie wird, könnte man damit die Temperatur interner Leiterplattenleiterbahnen bestimmen, die sonst schwer zu messen wären? Mike meint, das Konzept sei fundiert, wenn man allerdings einen genauen Messwert erhalten wollte, müsste man den Nennwiderstand der Leiterbahn kennen, gegen die man kalibrieren möchte. Dies ist auf jeden Fall etwas, das Sie für die Zukunft im Hinterkopf behalten sollten, insbesondere wenn Sie keine Wärmebildkamera haben, mit der Sie einen Blick in die inneren Schichten einer Leiterplatte werfen können.

Während die Hack-Chats oft eher informell sind, sind uns dieses Mal einige ziemlich gezielte Fragen aufgefallen. Offensichtlich gab es da draußen Leute mit sehr spezifischen Problemen, die Hilfe brauchten. Es kann schwierig sein, alle Nuancen eines komplexen Problems in einem öffentlichen Chat anzusprechen. Deshalb wissen wir, dass Mike in einigen Fällen direkt Kontakt zu den Teilnehmern aufgenommen hat, damit er sie persönlich über die Probleme besprechen konnte.

Auch wenn wir nicht immer versprechen können, dass Sie einen derart persönlichen Service erhalten, sind wir der Meinung, dass dies ein Beweis für die einzigartigen Networking-Möglichkeiten ist, die denjenigen zur Verfügung stehen, die am Hack Chat teilnehmen, und wir danken Mike, dass er sich die Mühe gemacht hat, sicherzustellen, dass es allen so geht Fragen wurden nach bestem Wissen und Gewissen beantwortet.

Der Hack Chat ist eine wöchentliche Online-Chat-Sitzung, die von führenden Experten aus allen Bereichen des Hardware-Hacking-Universums veranstaltet wird. Es ist eine großartige Möglichkeit für Hacker, auf unterhaltsame und informelle Weise Kontakte zu knüpfen. Wenn Sie es jedoch nicht live schaffen, sorgen diese Übersichtsbeiträge sowie die auf Hackaday.io veröffentlichten Transkripte dafür, dass Sie nichts verpassen.