Mevcut Kartınızın Yüksek Isıda Arızalanmasının 5 Nedeni

Bir PCB bir tezgah testini geçebilir ve haftalarca yüksek sıcaklıkta kullanımdan sonra hala başarısız olabilir. Bunun, bir kart oda sıcaklığında iyi çalıştığında, ancak sıfırlandığında, sinyali kaybettiğinde veya bir motorun, güç kaynağının, motor bölmesinin veya kapalı kontrol kutusunun yakınında açık devre oluştuğunda gerçekleştiğini gördüm. Isı nadiren tek bir soruna neden olur. Kartın malzemesini değiştirir, lehim bağlantılarını zayıflatır, elektrik sızıntısını artırır ve bileşenler üzerinde daha fazla baskı oluşturur. Bu beş neden, bir PCB'nin yüksek ısı altında neden arızalanabileceğini ve her birini nasıl kontrol ettiğimi açıklamaya yardımcı oluyor. 1. PCB malzemesi farklı oranlarda genleşir Bir PCB, bakır, laminat, lehim ve elektronik bileşenler gibi çeşitli malzemeler içerir. Sıcaklık arttığında her malzeme farklı oranda genleşir. Kaplamalı bir açık deliğin içindeki bakır varil, Z ekseni boyunca genişleyebilir. Laminat bakırdan daha fazla genişlerse, tekrarlanan ısıtma namlu duvarına baskı uygulayabilir. Birçok ısıtma döngüsünden sonra küçük çatlaklar ortaya çıkabilir. Kart, inceleme sırasında çalışabilir ve daha sonra bağlantı açıldığında arızalanabilir. Şunlara çok dikkat ediyorum: - Laminatın Tg olarak bilinen cam geçiş sıcaklığı - Z ekseni genleşme oranı - Bakır katman sayısı - Levhanın kalınlığı - Isıtma ve soğutma döngülerinin sayısı Uygun bir yüksek sıcaklık laminatından yapılmış bir levha bu riski azaltabilir. Malzemenin yalnızca kısa vadeli tepe sıcaklığına değil, gerçek çalışma aralığına da uygun olması gerekir. 2. Tekrarlanan ısı döngülerinden sonra lehim bağlantıları zayıflar Lehim bağlantıları, PCB ısınıp soğudukça genişler ve daralır. Büyük bir bileşen daha fazla gerilim yaratabilir çünkü gövdesi ve PCB farklı hızlarda hareket edebilir. Bu sorun genellikle aşağıdaki durumlarda ortaya çıkar: - Büyük kapasitörler - Güç transistörleri - Transformatörler - Konektörler - Röleler - Ağır ısı emiciler Bir keresinde endüstriyel bir motorun yakınında kullanılan bir kontrol panosunu incelemiştim. Kart işlevsellik testini geçti ancak tekrarlanan işlemlerden sonra röle bağlantısı kararsız hale geldi. PCB sıcaklık değişimleriyle esnerken röle gövdesi nispeten sert kaldı. Lehim bağlantısı çevresinde küçük bir çatlak oluştu. Görsel bir inceleme sorunu ortaya çıkarmayabilir. Eklemi büyüterek, gerektiğinde röntgen muayenesiyle ve sıcaklık döngüsü testiyle kontrol ediyorum. Her lehim bağlantısının güçlendirilmesi tam bir çözüm değildir. Daha iyi bir yaklaşım, daha güçlü bir ped tasarımı, uygun lehim hacmi, bileşen desteği ve azaltılmış mekanik stresi içerebilir. 3. Bileşenler güvenli sıcaklık aralıklarının dışında çalışır Her bileşenin bir sıcaklık aralığı vardır. Bir kapasitör, regülatör, sensör veya bellek cihazı kısa bir süre için nominal aralığının üzerinde çalışmaya devam edebilir ancak ısı arttıkça hizmet ömrü düşebilir. Elektrolitik kapasitörler yaygın bir örnektir. İç elektrolitleri yüksek sıcaklıklarda daha hızlı bozunabilir. 105°C'de 2.000 saat dayanımlı bir kapasitör, daha fazla marj ile daha düşük çalışma sıcaklığı için tasarlanmış olanla aynı servis ömrünü sağlayamayabilir. Isı aynı zamanda şunları da etkileyebilir: - Voltaj regülatörleri - MOSFET'ler - Mikrokontrolörler - Kristal osilatörler - Optik sensörler - Pil koruma devreleri Bir bileşeni yalnızca veri sayfasında gösterilen maksimum sayıya göre değerlendirmiyorum. Bileşen kutusundaki gerçek sıcaklığı, yakındaki hava sıcaklığını, elektrik yükünü ve mevcut soğutma yolunu kontrol ediyorum. Bir regülatör yüksek bir bağlantı sıcaklığına sahip olabilir, ancak PCB kapalı bir muhafaza içine yerleştirildiğinde paketi yine de çok sıcak olabilir. Bileşen derecelendirmesi ve tam sistem tasarımı aynı fikirde olmalıdır. 4. PCB ısıyı yeterince iyi uzaklaştırmıyor Birçok ısı sorunu zayıf ısı yolundan başlar. Isı, güç bileşenlerinden, sıkışan havadan, yakındaki metal parçalardan veya sıcak bir makineyle doğrudan temastan girer. Eğer panelin bu ısının gitmesi için açık bir yolu yoksa sıcaklık artmaya devam eder. Yaygın tasarım sorunları şunları içerir: - Küçük veya kötü bağlanmış bakır alanlar - Çok az termal yol - Güç cihazlarının yanına yerleştirilen ısıya duyarlı parçalar - Isı yayma yolu olmayan kapalı bir muhafaza - İyi temas kurmayan bir ısı emici - Dar bakır izlerinden akan yüksek akım Bir incelemeye ısı kaynaklarını haritalayarak başlıyorum. Termal kamera çalışma sırasında sıcak noktaları gösterebilir, ancak doğruluk önemli olduğunda kamera yüzey okumasının uygun bir sensörle kontrol edilmesi gerekir. Geniş bir bakır dökümü ısının yayılmasına yardımcı olabilir, ancak her zaman sorunu çözmez. Isının yine de mahfazaya, ısı emiciye veya çevredeki havaya giden bir yola ihtiyacı vardır. Bir kart geniş bir bakır alan içerebilir ve muhafaza ısıyı hapsederse sıcak kalabilir. 5. Tasarım, ısıyla ilgili elektriksel değişiklikleri göz ardı eder Yüksek sıcaklık, PCB'nin fiziksel yapısından daha fazlasını değiştirebilir. Aynı zamanda elektriksel davranışı da değiştirebilir. Bakırın direnci sıcaklık arttıkça artar. Kirlenmiş veya nemli yüzeylerde kaçak akım yükselebilir. Bazı kapasitörler kapasitansı kaybederken zamanlama cihazları frekansı değiştirebilir. Bir güç kaynağı, regülatör ve anahtarlama bileşenleri termal sınırlarına yaklaştığında daha az kararlı hale gelebilir. Bu değişiklikler aşağıdakilere neden olabilir: - Rastgele sıfırlamalar - Sensör hataları - İletişim kaybı - Daha yüksek bekleme akımı - Gürültülü analog okumalar - Kararsız çıkış voltajı Temiz bir laboratuvarda kullanılan bir kart, tozlu bir fabrika kabininde farklı davranabilir. Toz, nem ve akı kalıntıları, kart ısındığında yüzey sızıntısına neden olabilir. Gerilimi, akımı, sıcaklığı ve iletişim sinyallerini ölçerken PCB'yi beklenen elektrik yükü altında test ediyorum. Yalnızca oda sıcaklığında test yapılması, kart normal çalışma durumuna ulaştıktan sonra ortaya çıkan hataları gizleyebilir. Pratik bir ısı incelemesi kısa bir listeyle başlar: 1. Normal çalışma sırasında en sıcak noktaları ölçün. 2. Bu değerleri bileşen ve laminat değerleri ile karşılaştırın. 3. Büyük veya ağır parçaların etrafındaki lehim bağlantılarını kontrol edin. 4. PCB malzemesini ve açık delik tasarımını gözden geçirin. 5. Her ana kaynaktan muhafazaya veya ısı emiciye giden ısı yolunu inceleyin. 6. Sıcaklık döngüsünü karta güç verilmiş ve yüklenmiş haldeyken çalıştırın. 7. Isıtma öncesinde, sırasında ve sonrasında elektrik sinyallerini kontrol edin. Ayrıca bir arızanın başladığı zamanı da kaydediyorum. Beş dakikadan sonraki bir arıza termal sınıra işaret edebilir. Birkaç yüz döngüden sonra meydana gelen bir arıza, lehim yorgunluğunu, malzeme genleşmesini veya kademeli bileşen yaşlanmasını gösterebilir. Yüksek sıcaklıkta PCB güvenilirliği tek bir parça numarasına değil tam tasarıma bağlıdır. Laminat, bakır yapı, lehim bağlantıları, bileşenler, muhafaza, hava akışı ve test planının tümü sonucu etkiler. Bir panelin ısıdan dolayı arızalandığını gördüğümde, ısı kaynağından hasarlı bölgeye giden yolu ararım. Bu yol genellikle ana sorunun malzeme gerilimi, zayıf lehim, bileşen yaşlanması, zayıf soğutma veya sıcaklığın neden olduğu elektriksel bir değişiklik olup olmadığını ortaya çıkarır.

Bir devre kartı test tezgahında iyi çalışabilir ancak sıcaklık tasarım aralığının dışına çıktığında veya düştüğünde yine de başarısız olabilir. Sorun nadiren tek parçadan kaynaklanır. Isı, aynı anda kart malzemesini, lehim bağlantılarını, bakır izlerini, bileşenleri ve muhafazayı değiştirir. Bu sorunu dış mekan kontrollerinde, otomotiv elektroniğinde, endüstriyel ekipmanlarda, LED sürücülerinde ve güç kaynaklarında sıklıkla görüyorum. Bir kart oda sıcaklığı testini geçer, ardından tekrar tekrar ısıtılıp soğutulduktan sonra aralıklı arızalar oluşur. Arıza, çatlak bir lehim bağlantısı, kaldırılmış bir ped, eğrilmiş bir PCB veya nominal aralığın dışına çıkan bir bileşen olarak görünebilir. Nedenlerini anlamak onarım sürecini daha pratik hale getirir. PCB malzemesi ısı altında yumuşayabilir Çoğu standart devre kartında FR-4 laminat kullanılır. Genellikle Tg olarak adlandırılan camsı geçiş sıcaklığı, reçine sisteminin sert bir durumdan daha yumuşak bir duruma geçmeye başladığı noktayı işaret eder. Birçok standart FR-4 malzemesinin Tg değeri, derecesine bağlı olarak 130°C ile 180°C arasındadır. Tg değerine ulaştığında kart arızalanmayabilir. Sorun, bu aralığa yakın veya bu aralığın üzerinde tekrarlanan maruz kalmanın genleşmeyi artırabilmesi, mekanik mukavemeti azaltabilmesi ve kaplama delikleri ve lehim bağlantılarına daha fazla baskı uygulayabilmesidir. Sıcak bir iç mekan ürünü için tasarlanmış bir pano, doğrudan güneş ışığına maruz kalan kapalı bir dış mekan muhafazasına uygun olmayabilir. Dahili kart sıcaklığı çok daha yüksek hale gelirken hava sıcaklığı kabul edilebilir görünebilir. Yüksek sıcaklık uygulaması için bir PCB seçmeden önce laminat kalitesini, Tg'yi, ayrışma sıcaklığını, katman sayısını ve bakır yapısını kontrol ederim. Farklı malzemeler farklı hızlarda genleşir Sıcaklık değiştiğinde her malzeme kendi hızında genişler veya büzülür. Bakır, laminat, seramik bileşenler, alüminyum soğutucular, lehim ve plastik konektörler aynı şekilde hareket etmez. Bir ısıtma döngüsü sırasında hareket küçük olabilir. Yüzlerce veya binlerce döngüden sonra tekrarlanan stres hasara neden olabilir. PCB'nin Z ekseni genişlemesi yaygın bir endişe kaynağıdır. Aşırı Z ekseni hareketi kaplamalı deliklere ve kanallara baskı yapabilir. Çatlak bir namlu, kısa bir inceleme sırasında bulunması zor olan aralıklı bir bağlantı oluşturabilir. Büyük bileşenler de ekstra stres yaratabilir. Ağır bir transformatör, röle, soğutucu veya konektör, aksam ısındığında panoya doğru çekilebilir. Bu bileşenin yakınındaki lehim bağlantıları genellikle daha küçük parçalara göre daha fazla mekanik yük alır. Lehim bağlantıları yorulabilir Lehim bağlantıları, ekipman her başlatıldığında, durduğunda, ısındığında ve soğuduğunda termal döngüye maruz kalır. Kurşunsuz lehim, eski kalay-kurşun lehimden farklı mekanik davranışa sahiptir. Seçilen alaşım, bağlantı şekli, ped tasarımı ve bileşen boyutunun tümü servis ömrünü etkiler. Tipik bir örnek, bir güç transistörünün yanına monte edilen büyük bir seramik kapasitördür. Kapasitör ve PCB farklı oranlarda genişler. Tekrarlanan döngülerden sonra lehim bağlantı yerinde küçük bir çatlak oluşabilir. Ekipman soğuduktan sonra tekrar çalışabilir, bu da arızanın rastgele görünmesine neden olur. Büyük bileşenleri, köşe bağlantılarını, konektörleri ve ısı kaynaklarının yakınındaki parçaları büyüterek inceliyorum. Kusur bir paketin altında veya alttan sonlandırılmış bir bileşenin altında gizlendiğinde, X-ışını incelemesi yardımcı olabilir. Bileşenler kendi sıcaklık sınırlarını aşabilir Bir devre kartı, yüksek sıcaklıktaki laminatı kullansa da bir bileşenin çok ısınması nedeniyle yine de arızalanabilir. Elektrolitik kapasitörler yaygın bir endişe kaynağıdır. Nominal ömürleri genellikle çalışma sıcaklığına göre değişir. 105°C dereceli bir kapasitör daha düşük sıcaklıkta çok daha uzun süre dayanabilir, sıcak bir muhafaza ise servis ömrünü kısaltabilir. Yarı iletkenler ayrıca iletim kaybı ve anahtarlama kaybı yoluyla da ısı üretir. Bir MOSFET uygun bir voltaj değerine sahip olabilir ancak soğutucu, bakır alan veya hava akışı yeterli değilse yine de güvenli termal aralığının dışında çalışabilir. Sıcaklığa duyarlı parçalar elektriksel değerlerini de değiştirebilmektedir. Bir direnç sürüklenebilir, bir sensör doğruluğunu kaybedebilir ve bir osilatör amaçlanan frekansından uzaklaşabilir. Yalnızca ana işlemcinin veya güç cihazının değil, her parçanın sıcaklık derecesini inceliyorum. Soğuk sıcaklıklar farklı sorunlar yaratır Düşük sıcaklıklar malzemeleri daha az esnek hale getirebilir. Plastikler kırılgan hale gelebilir, yağlayıcılar kalınlaşabilir ve piller kullanılabilir kapasiteyi kaybedebilir. Lehim bağlantıları ve konektörler de montaj daraldığında strese maruz kalabilir. Yoğuşma başka bir risktir. Soğuk bir tahta sıcak ve nemli bir ortama girdiğinde yüzeyde nem oluşabilir. Bu nem kaçak akıma, korozyona veya kısa devreye neden olabilir. Uyumlu bir kaplama, bazı uygulamalarda neme maruz kalmayı azaltabilir, ancak zayıf yalıtımı, sıkışan suyu veya kartta kalan kirliliği düzeltmez. Kaplama malzemesi sıcaklık aralığına, voltaja, onarım yöntemine ve üretim sürecine uygun olmalıdır. Kötü ısı yönetimi genellikle muhafazayla başlar Çoğu sıcaklık arızası PCB düzeninin dışında oluşur. Yalıtılmış bir muhafaza, elektronik aksamı toz ve sudan koruyabilir, ancak aynı zamanda ısıyı da hapsedebilir. Doğrudan güneş ışığına maruz kalan karanlık bir muhafaza, çevredeki havadan çok daha sıcak olabilir. Yakındaki bir motor, ısıtıcı veya egzoz yolu, devrenin kendisinde herhangi bir değişiklik olmadan iç sıcaklığı artırabilir. Sıcaklığı birkaç noktada ölçüyorum: - Ekipmanın yakınındaki ortam havası - PCB yüzeyi - En sıcak bileşen kasası - Güç cihazlarının altındaki alan - Muhafaza duvarı - Konektör ve kablo giriş noktaları Tek bir hava sıcaklığı okuması, sorunun gerçek kaynağını gizleyebilir. Termal yollar, daha geniş bakır alanlar, soğutucular, hava akışı yolları ve daha iyi bir muhafaza, kart sıcaklığını düşürebilir. Her çözüm, ürünün kullanım sırasında karşılaşacağı aynı yük ve çevre koşulları altında test edilmelidir. Pratik bir tasarım ve test süreci Bir devre kartının geniş sıcaklık değişimlerine rağmen çalışması gerektiğinde basit bir inceleme süreci kullanırım. 1. Gerçek sıcaklık aralığını tanımlayın Yalnızca hava durumu raporuna veya oda koşullarına güvenmeyin. Başlangıç ​​sıcaklığını, depolama sıcaklığını, güneş enerjisiyle ısıtmayı, dahili ısıyı, fan arızasını ve yakındaki ısı kaynaklarını dahil edin. 2. Uygun kenar boşluklarına sahip malzemeleri seçin Laminat Tg'yi, Z ekseni genleşmesini, nem oranını, bakır ağırlığını ve katman yapısını gözden geçirin. FR-4 standardı bir ürün için uygunken diğeri için uygun olmayabilir. 3. En sıcak bileşenleri kontrol edin Güç kaybını hesaplayın ve bağlantı noktası veya kasa sıcaklığını tahmin edin. Sonucu bileşen veri sayfasıyla ve beklenen muhafaza sıcaklığıyla karşılaştırın. 4. Mekanik gerilimi azaltın Ağır bileşenleri desteklerinden uzağa yerleştirmekten kaçının. Konektör yerleşimini, montaj deliklerini, kart yuvalarını, bakır dengesini ve büyük pedlerin şeklini gözden geçirin. 5. Termal çevrimi test edin Yararlı bir test, devre yük altında çalışırken ürünü seçilen sıcak ve soğuk koşullar arasında hareket ettirir. Döngü sayısı ürüne ve uygulamaya bağlıdır. Kartı yalnızca oda sıcaklığına döndükten sonra kontrol etmek yerine test sırasında elektriksel davranışı kaydedin. 6. Testten sonra inceleyin Çatlak lehim bağlantılarına, katmanlara ayrılmaya, renk bozulmasına, kalkmış pedlere, çarpık alanlara, korozyona ve elektriksel değerlerdeki değişikliklere bakın. Bir geçiş veya iç katmandan şüphelenildiğinde kesit analizi gerekebilir. Yaygın bir saha vakası, güneşli öğleden sonraları sıfırlanan bir dış mekan denetleyicisini içerir. İlk şüphe yazılım olabilir. Sıcaklık ölçümleri, bir voltaj regülatörünün muhafaza içinde yüksek kasa sıcaklığına ulaştığını gösterebilir. Daha büyük bir bakır alan, daha iyi termal yol ve revize edilmiş muhafaza havalandırması, donanım yazılımını değiştirmeden sıfırlama işlemini çözebilir. Aşırı sıcaklık güvenilirliği yalnızca PCB malzemesiyle değil, tam montajla başlar. Laminat, bileşenler, lehim bağlantıları, muhafaza, montaj yöntemi ve test planı aynı sıcaklık aralığını desteklemelidir. Bu sistemin her bir parçasını incelediğimde, aralıklı arızaların izlenmesi ve önlenmesi daha kolay hale geliyor.

Sıcak bir tahta her zaman dramatik bir şekilde arızalanmaz. Uyarı vermeden yeniden başlayabilir, yoğun kullanım sırasında donabilir, ekran hataları gösterebilir veya birkaç saat sonra çalışmayı durdurabilir. Çoğu kişi sıcaklığı, hava akışını ve güç dağıtımını kontrol etmeden önce parçaları değiştirir. Bu, küçük bir soğutma sorununu pahalı bir onarıma dönüştürebilir. Isı hasarının sıklıkla yavaşça oluştuğunu buldum. Bir kart soğukken normal şekilde çalışabilir, ardından bileşenleri ısındığında farklı davranabilir. Denetimin yalnızca cihaz kapatıldıktan sonra yapılması durumunda desenin gözden kaçırılması kolay olabilir. ## Yüksek ısı neden karta zarar verir? Elektronik kartlar sıcaklık değişikliklerine tepki veren bileşenler içerir. Aşırı ısı bunları çeşitli şekillerde etkileyebilir: - Lehim bağlantıları genişler ve daralır - Kondansatörler servis ömrünü kaybeder - Plastik konektörler kırılgan hale gelir - Koruyucu kaplamaların rengi bozulabilir veya çatlayabilir - Talaşlar çalışma hızlarını azaltabilir - Güç devreleri kararsız hale gelebilir - Toz, sıcak bileşenlerin etrafındaki hava akışını engelleyebilir Kart yanmayabilir veya net bir işaret göstermeyebilir. Bir konnektördeki dirençteki küçük bir artış, zayıf bir lehim bağlantısı veya arızalı bir soğutma fanı, tekrarlanan arızalara neden olabilir. Termal bisiklet daha fazla stres katıyor. Kart kullanım sırasında ısındığında ve kapatıldıktan sonra soğuduğunda, malzemeler farklı oranlarda genişler ve büzülür. Birçok döngüde büyük bileşenlerin, güç transistörlerinin veya ağır konektörlerin çevresinde küçük çatlaklar görünebilir. ## Isıya bağlı hasarın yaygın belirtileri Genellikle tek bir semptom yerine bir model ararım. Oyun oynama, video işleme, endüstriyel çalışma veya şarj etme sırasında kapanan bir cihaz ısıya tepki veriyor olabilir. Soğuduktan sonra tekrar çalışırsa sıcaklık kontrol edilmeye değerdir. Diğer belirtiler şunlardır: - Rastgele yeniden başlatmalar - Yük altında yavaş performans - Ekranda bozulmalar veya sinyal kaybı - Yanma veya keskin elektrik kokuları - Güç bileşenlerinin yakınındaki karanlık alanlar - Şişmiş kapasitörler - Konektörlerin etrafındaki erimiş plastik - Fanların uzun süre yüksek sesle çalışması - Yalnızca basıldıktan, hareket ettirildikten veya soğutulduktan sonra çalışan bir kart Yalnızca 20 veya 30 dakika sonra arızalanan bir kart, termal bir soruna işaret edebilir. Güç açıldıktan hemen sonra ortaya çıkan bir arıza, kısa devre, hasarlı bileşen veya güç kaynağı sorunuyla daha yakından ilgili olabilir. ## Isının genellikle geldiği yer Isı, panelin kendisinden gelebilir. Voltaj regülatörleri, işlemciler, grafik yongaları, motor sürücüleri ve şarj devrelerinin tümü önemli miktarda ısı üretebilir. Kaynak ayrıca kartın dışında da bulunabilir: - Tıkanmış bir havalandırma deliği - Arızalı bir fan - Gevşek bir soğutucu - Kuru termal macun - Kötü bir kabin düzeni - Yüksek ortam sıcaklığı - Dengesiz voltaj sağlayan bir güç kaynağı - Bir soğutucu veya filtreyi kaplayan toz Bir defasında, güç bölümünün yakınında hasarlı görünen bir kontrol panosunu incelemiştim. Karanlık alan ciddi görünüyordu ama asıl sebep, dönmeyi bırakan soğutma fanıydı. Anakart aylardır yük altında çok az hava akışıyla çalışıyordu. Yalnızca hasarlı bileşenin değiştirilmesi, sorunun nedenini çözmezdi. ## Pratik bir inceleme süreci ### 1. Çalışma koşullarını kontrol edin Arıza göründüğünde kaydedin. İş yükünü, oda sıcaklığını, çalışma süresini, fan davranışını ve bağlı ekipmanı not edin. Temiz bir ofiste kullanılan bir cihazın ısı profili, bir kabinin içine, bir makinenin yanına veya tozlu bir atölyeye monte edilenden farklı bir ısı profiline sahiptir. Lokasyon tanıyı etkiler. ### 2. Güç kesildikten sonra kartı inceleyin. Gücü kesin ve ekipmanın soğumasını bekleyin. Şunları arayın: - Kahverengi veya siyah işaretler - Çatlak lehim bağlantıları - Gevşek soğutucular - Bükülmüş veya rengi solmuş pinler - Şişmiş kapasitörler - Sıcak bileşenlerin etrafında toz toplanmış - Hasarlı yalıtım - Çarpık plastik Ekipmanın bağlantısı güvenli bir şekilde kesilene kadar açıkta kalan güç bölümlerine dokunmayın. Bazı cihazlar kapatıldıktan sonra tehlikeli voltajı koruyabilir. ### 3. Çalışma sırasında sıcaklığı ölçün Kızılötesi termometre sıcak alanları ortaya çıkarabilir ancak parlak metal yüzeyleri doğru şekilde okuyamayabilir. Termal kamera daha geniş bir desen gösterebilir ve sıcak bir bileşenin yerini tespit etmeye yardımcı olabilir. Normal yük sırasında ve arıza durumunda kartı ölçün. Sıcaklık okuması tek başına arızayı kanıtlamaz. Bunu bileşen üreticisinin spesifikasyonları ve ekipman servis verileriyle karşılaştırın. ### 4. Hava akışını ve temas yüzeylerini kontrol edin Çok az hava hareket ettirirken fan dönebilir. Filtrelerin, havalandırma deliklerinin, kanalların ve soğutucuların incelenmesi gerekir. Biraz gevşek olan bir soğutucu, soğutma yüzeyi ile çip arasında bir hava boşluğu bırakabilir. Termal macun tekrar tekrar ısıtıldıktan sonra kuruyabilir, dengesiz bir şekilde yayılabilir veya temasını kaybedebilir. Değiştirme, cihazın gereksinimlerine uygun olmalıdır. Çok fazla macun aynı zamanda temas kalitesini de düşürebilir. ### 5. Kontrollü yük altında test edin. Güvenlik planı olmadan maksimum yükü uygulamayın. Sıcaklığı, voltajı, akımı ve sistem davranışını izlerken yükü küçük adımlarla artırın. Bu yaklaşım, termal arızayı güç arızasından ayırmaya yardımcı olur. Sıcaklık arttıkça kart kararsız hale geliyor ancak daha hafif bir yük altında stabil kalıyorsa, soğutma sistemi veya ısıya duyarlı bir bileşen yakından ilgilenilmeyi hak eder. ## Risk nasıl azaltılır Havalandırma deliklerini açık tutun ve ekipmana uygun bir yöntemle tozu temizleyin. Kabloların fanları engellemediğinden veya sıcak bileşenlere baskı yapmadığından emin olun. Kabinin açık bir giriş ve çıkış yolu olup olmadığını kontrol edin. Doğru fanı, soğutucuyu, termal pedi ve termal macunu kullanın. Fiziksel olarak yerine oturan bir yedek parça yine de yanlış elektriksel veya termal değere sahip olabilir. Güç kaynağını da gözden geçirin. Aşırı dalgalanma, zayıf düzenleme ve gevşek bağlantılar bileşen sıcaklığını artırabilir. Güç kaynağı değişikliğinden sonra ısınan bir anakartın, fanın hızlı bir şekilde değiştirilmesi yerine tam güç kontrolüne ihtiyacı vardır. Yazılım ayarları da ısıyı etkileyebilir. İşlemci yükünü azaltmak, güç sınırlarını üreticinin yönlendirmeleri doğrultusunda ayarlamak ve fan kontrolünü iyileştirmek stresi azaltabilir. Kartta halihazırda yanık izleri veya hasarlı parçalar görüldüğünde, bu değişiklikler fiziksel incelemenin yerini almamalıdır. ## Anakart onarımı basit bir temizlik işi olmadığında Toz hava akışını engellediğinde temizlik yardımcı olabilir. Çatlamış çok katmanlı bir kartı, karbonlaşmış malzemeyi, hasarlı güç devresini veya bir çipin altına gizlenmiş zayıflamış bir lehim bağlantısını onaramaz. Bir onarım teknisyeninin rayları tek tek test etmesi, bileşenleri büyütme altında incelemesi, lehim bağlantılarını yeniden işlemesi veya kartı değiştirmesi gerekebilir. Ekipman şebeke voltajını, yüksek arıza akımlı aküleri, ısıtma sistemlerini veya endüstriyel makineleri kontrol ediyorsa, kalifiye bir servis uzmanından yardım alın. Hasarlı bir kartı ısı kaynağını düzeltmeden değiştirmek aynı arızanın tekrar yaşanmasına neden olabilir. Onarım hem görünür hasarı hem de buna neden olan durumu ele almalıdır. Yüksek ısı çoğu zaman bir uyarıdır, teşhisin tamamı değildir. Onarımı seçmeden önce arıza düzenine bakarım, soğutma yolunu incelerim, yük altında sıcaklığı ölçerim ve güç bölümünü kontrol ederim. Bu yöntem tahminleri azaltır ve kendisinden sonra gelen yedek parçaların korunmasına yardımcı olur.

Bir PCB kısa bir tezgah testini geçebilir ve normal çalışma sırasında ısı oluştuğunda hala mücadele edebilir. Bunun genellikle güç kartlarında, LED sürücülerinde, motor kontrol cihazlarında ve kompakt gömülü ürünlerde gerçekleştiğini görüyorum. Kart oda sıcaklığında çalışır, daha sonra uzun süreli kullanımdan sonra sıfırlamalar, kararsız okumalar, hasarlı bileşenler veya kararmış alanlar oluşur. Isı sorunları nadiren tek parçadan kaynaklanır. Bakır düzeni, bileşen aralığı, kart malzemesi, hava akışı, muhafaza tasarımı ve yük koşullarının tümü bir rol oynar. İşte bir PCB'nin çalışma sıcaklığına hazır olmayabileceğini gösteren dört uyarı işareti. ## 1. En sıcak bileşenlerin çevresinde çok az bakır bulunur. Güç MOSFET'leri, voltaj regülatörleri, redresörler, dirençler ve LED'ler, küçük sinyal parçalarından daha fazla ısı açığa çıkarabilir. Pedleri dar hatlara bağlanırsa veya küçük bir bakır ada üzerinde durursa, ısının yayılacağı yol daha az olur. Isı üreten her bileşenin etrafındaki bakır alanı kontrol ediyorum. Daha geniş bir bakır bölgesi, ısının pano boyunca taşınmasına yardımcı olabilir. Yığınlama bu tasarımı desteklediğinde, termal yollar aynı zamanda ısıyı bir iç katmana veya PCB'nin karşı tarafına da taşıyabilir. Kompakt motor kontrolörlerinde yaygın bir örnek görülmektedir. MOSFET uygun bir elektriksel değere sahip olabilir ancak drenaj ve kaynak alanları dar yollar kullanır. Kısa bir test sırasında kart stabil görünüyor. Motor daha uzun süre çalıştıktan sonra MOSFET sıcaklığı yükselir ve kontrolör kapanmaya başlar. Şu alanları kontrol edin: - Güç pinlerinin etrafındaki bakır genişliği - Termal pedlerin boyutu - Termal yolların sayısı ve yerleşimi - Yakındaki iç katmanlarda bakır - Isı kaynaklarından sıcaklığa duyarlı parçalara olan mesafe Büyük bir termal ped yalnızca kullanışlı bir ısı yoluna bağlandığında yardımcı olur. Termal bağlantısı olmayan bir ped, düzenin beklediği sonucu vermeyebilir. ## 2. PCB malzemesi sıcaklık aralığına uymuyor Standart FR-4 birçok üründe kullanılır, ancak her FR-4 malzemesi aynı termal özelliklere sahip değildir. Cam geçiş sıcaklığı, ayrışma sıcaklığı, bakır yapışması ve katman yapısı kart tedarikçileri arasında farklılık gösterebilir. Malzemeyi seçmeden önce beklenen çalışma sıcaklığını gözden geçiririm. İnceleme şunları içermelidir: - Normal ortam sıcaklığı - Dahili muhafaza sıcaklığı - Yakındaki bileşenlerden gelen ısı - Lehimleme ve yeniden işleme maruz kalma - Tekrarlanan ısıtma ve soğutma döngüleri Sıcak bir motorun, güç kaynağının veya kapalı muhafazanın yakınında çalışan bir kart, çevresindeki odadan çok daha yüksek bir sıcaklık görebilir. Malzeme seçimi yalnızca oda sıcaklığı testine dayanıyorsa tasarım gerçek koşulları kaçırabilir. PCB tedarikçisi malzeme veri sayfasını ve yığın ayrıntılarını sağlamalıdır. Bu belgeler, kart yapısının amaçlanan sıcaklık aralığına ve bakır ağırlığına uygun olup olmadığının doğrulanmasına yardımcı olur. ## 3. Anakart kısa bir testi geçti ancak ısınma sırasında başarısız oldu Hızlı bir açılış testi, termal sorunları gözden kaçırabilir. Bazı parçaların çalışma sıcaklığına ulaşması birkaç dakikaya ihtiyaç duyar. Diğerleri muhafaza ısındıkça ısınmaya devam eder. Beklenen yüke uygun bir ısıyla ıslatma testi kullanıyorum. Test şunları içerebilir: 1. Kartı normal yükte çalıştırın. 2. Ürün desteklediğinde beklenen en yüksek yükü ekleyin. 3. Sıcaklıklar stabil hale gelene kadar kartı açık tutun. 4. Sıcak noktaları bir termokupl veya kızılötesi kamerayla ölçün. 5. Gerilim, akım, sıcaklık ve hata olaylarını kaydedin. 6. Testi planlanan muhafazanın içinde tekrarlayın. Kızılötesi kameralar sıcak alanların bulunmasına yardımcı olabilir, ancak okumaları yüzey kalitesine ve emisyona bağlıdır. Parlak bir bakır alan yanıltıcı bir değer gösterebilir. Bileşen kutusunun yakınına yerleştirilen küçük bir termokupl başka bir referans sağlayabilir. Termal güvenliği tek bir sıcaklık okumasına göre değerlendirmiyorum. Ölçülen sıcaklığı bileşen veri sayfası, muhafaza sınırları ve etkilenebilecek yakındaki parçalarla karşılaştırırım. ## 4. Isıya duyarlı parçalar güç bileşenlerine çok yakın duruyor Bir kart, güç cihazını izin verilen sıcaklıkta tutarken yakındaki parçalara zarar vermeye devam edebilir. Sensörler, kristaller, piller, konektörler, elektrolitik kapasitörler ve plastik bileşenler yerel ısıya kötü tepki verebilir. Örneğin, regülatörün yanına yerleştirilen bir elektrolitik kapasitör beklenenden daha yüksek bir sıcaklığa maruz kalabilir. Sıcaklık arttıkça servis ömrü azalabilir. Güç direncinin yakınındaki bir sıcaklık sensörü, ölçülen gerçek alan yerine kart sıcaklığını da bildirebilir. Yerleşim izin verdiğinde ısı kaynaklarını hassas parçalardan ayırıyorum. Bakır dökümleri ve termal bariyerler, ısının seçilen bölgelerden uzaklaştırılmasına yardımcı olabilir. Hava akış yönü de önemlidir. Sıcak havayı bir sensör üzerinden hareket ettiren bir fan, ısıyı güç aşamasından uzaklaştıran bir fandan farklı bir okuma oluşturabilir. Tam termal yola bakın: - Isının başladığı yer - PCB boyunca nasıl yayılır - Havanın kart boyunca hareket ettiği yer - Isıyı hangi parçalar alır - Isının muhafazadan çıktığı yer Tasarım tamamlanmadan önce pratik bir PCB termal incelemesi başlar. Isı üreten her parçayı işaretliyorum, güç kaybını tahmin ediyorum, bakır yolunu kontrol ediyorum ve gerçek kullanımı yansıtan bir test planlıyorum. Bir kapasitörün regülatörden uzaklaştırılması veya MOSFET'in altına bakır eklenmesi gibi küçük değişiklikler, devreyi değiştirmeden sonucu etkileyebilir. Bir kartta renk değişikliği, rastgele sıfırlamalar, sapma ölçümleri, sıcak konektörler veya tekrarlanan bileşen arızaları görüldüğünde, ısıyı olası bir neden olarak ele alıyorum ve yalnızca dokunmaya güvenmek yerine bunu ölçüyorum. Isıya hazır bir PCB, kısa süreli başarılı bir başlatma ile değerlendirilmez. Karşılaşması gereken yük, sıcaklık ve muhafaza koşulları sırasında bileşen ve malzeme sınırları dahilinde kalmalıdır. Emily Bai'den bize ulaşın: yz_lihong@yeah.net/WhatsApp +8618508420266.

Referanslar IPC 2012 Baskılı Kart Tasarımına İlişkin Genel Standart IPC-2221B Sert Baskılı Kartlar için IPC 2020 Yeterlilik ve Performans Şartnamesi IPC-6012E Uluslararası Elektroteknik Komisyonu 2009 Çevresel Test Bölüm 2-14 Testler Test N Sıcaklık Değişimi IEC 60068-2-14 Uluslararası Elektroteknik Komisyonu 2018 Çevresel Test Bölüm 2-1 Testler Soğuk IEC Testi 60068-2-1 John H Lau 1994 Mikroelektronik Paketlemede Termal Gerilim ve Gerinim Avram Bar-Cohen ve Alan D Kraus 1990 Elektronik Ekipmanın Termal Analizi ve Kontrolü