Grün Leiterplatte (Leiterplatte)

Materialien für Leiterplatten (PCB) sind so formuliert, dass sie einer bestimmten Wärmemenge standhalten. Was passiert, wenn die Temperaturen über bestimmte Grenzen steigen? Die Leistung nimmt ab, insbesondere bei höheren Frequenzen. Aus diesem Grund ist ein kostengünstiges Wärmemanagement vielleicht die oberste Priorität eines Ingenieurs.

Natürlich können hitzebeständige PCB-Materialien und sorgfältig entworfene Schaltkreise eine gewisse Hitze vertragen. Zunächst sollte der Schaltungsdesigner die verschiedenen Parameter des Materialverhaltens bei steigenden Temperaturen verstehen.

 

Wärme kommt aus verschiedenen Quellen

Leiterplatten werden in zunehmender Dichte zusammengebaut, um kleinere und leichtere Konstruktionen herzustellen. Eine auf der Leiterplatte montierte Komponente kann Wärme erzeugen – ebenso wie eine externe Quelle, wie sie in elektronischen Systemen von Kraftfahrzeugen zu finden ist.

 

Hitze bewirkt, dass sich die meisten Materialien ausdehnen

Aufgrund der kleineren Wellenlängen bei höheren Frequenzen haben Mikrowellen- und insbesondere Millimeterwellen-Schaltkreise (30 GHz und höher) kleine Merkmale, die verzerrt werden können, wenn sich eine Leiterplatte aufgrund von Wärme ausdehnt.

Zu diesem Problem kommt noch die Forderung nach kompakteren Elektronikdesigns hinzu. Es ist üblich, Schaltungen zu sehen, die mit Materialien entwickelt wurden, die höhere Dielektrizitätskonstanten mit kleineren Schaltungsmerkmalen für eine bestimmte Frequenz und Wellenlänge aufweisen.

Wenn die Temperatur ansteigt, dehnen sich die Schaltungsmaterialien aus, ändern die Form von Übertragungsleitungen und ändern die Impedanz von Leitern von einem gewünschten Wert. Die Ergebnisse? Verlust der Linearität, Verzerrung und Frequenzverschiebungen aufgrund von Änderungen in den Abmessungen der Übertragungsleitung.

 

Materialien dehnen sich unterschiedlich schnell aus

Leiterplatten bestehen aus Verbundmaterialien, einschließlich dielektrischer Schichten und leitender Metallschichten. Diese Verbundmaterialien neigen dazu, sich mit unterschiedlichen Raten und zu unterschiedlichen Extremen auszudehnen.

 

Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) beschreibt die Ausdehnung, die ein Material erfährt. In einer idealen Welt ist der CTE der dielektrischen Schichten Ihrer Platine im Wert ähnlich dem von Kupfer oder anderen leitfähigen Metallen, die auf die dielektrischen Materialien laminiert sind. Dann dehnen sich beide Materialien bei hohen Temperaturen gemeinsam aus.