高温设计的布线挑战

了解高温电路板在哪些行业中使用以及哪些不同的热挑战是什么。一些有助于高温板的设计方法。

PCB设计工具如何帮助您进行高温PCB设计。

您如何利用设置设计规则来确保布线尽可能顺利？我们越来越多地看到电路板在高温和/或高温环境下工作

    在炎热的夏天，赤脚走在人行道上的任何人都知道找到踏上道路上最凉爽的地方的重要性。您将避免明显的热点，尝试降落在草地上，如果有人在院子里浇水，则前往积水的凉爽水坑。设计可在高温下运行的印刷电路板时，我们需要以相同的思路进行处理-找到最凉爽的方式来放置和布线该电路板。

   由于现代电子设备需要更快的电路和更多的功率，因此它们也正在越来越苛刻的环境中使用。这些方案的结合将提高电路板材料的操作公差，并且寻找新的散热方法符合设计人员的最大利益。这是高温设计的一些布线挑战，以及有关如何创建可以承受这些更高温度的PCB的一些想法。

了解高温电路板

多年来，大多数电子设备都在不需要特殊散热的标准温度下工作。但是，对于具有更高性能和当前规格的设备，这已经发生了变化。即使是以前从未被视为高温电子产品的产品，例如计算机，现在也开始超过高温阈值。此外，在某些行业中，电子产品的运行环境要优于其他行业。其中一些包括：

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   天然气和石油：该行业对高温电子设备的需求有三方面。首先，在操作的钻探部分中，通过传感器和地质导向电子设备监视和指导钻探设备。其次，电子仪器用于测量诸如放射性和磁共振之类的特性，以便地质学家评估钻孔的状况。第三，在生产过程中，在孔内使用了其他仪器来监测压力，温度和振动，以控制物料的泵送。这些是关键路径电子设备，因此故障可能会花费大量时间和金钱。

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航空电子设备：随着飞机开发的不断发展，对下一代电子设备的需求也在增长。一个普遍的改进是，过去在飞机上使用的笨重的线束和连接器现在已被直接控制电子设备取代。尽管这大大减轻了飞机的重量，但也使电子设备更靠近发动机和其他热源。

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汽车业：汽车工业也正在使用越来越多的机电和机电一体化系统来代替旧的机械和液压系统。与飞机一样，这使电子设备比以前更靠近热源。

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在较高的工作温度下或在较热的环境下（或两者兼有）运行的电路板在制造时需要特别注意。这可能包括使用不会在较高温度下熔化的焊锡膏和不同的电路板材料。

电路板的工作温度由其Tg额定值（玻璃化转变温度）定义。FR-4是大多数电路板中使用的标准材料，在玻璃开始从固态变为液态之前，其Tg额定值可在高达130至140摄氏度的温度下运行。当电路板的工作温度和环境温度超过这些温度时，则应考虑使用除FR-4以外的其他材料，例如盛艺S1000-2，ARLON 85N和ITEQ IT-180A。这些材料将提供对高温以及热应力和冲击的抵抗力。

除了制造工艺和材料之外，工程师还需要设计更高的温度。让我们看看这意味着什么。

元器件放置，电源走线和电源平面在PCB热管理中都很重要

应对高温设计的布线挑战的基本设计原则

小铭打印SMT贴片加工厂：PCB设计人员首先要考虑的是在更高温度下工作的电路板，这是他们将使用的元器件类型。许多标准元器件的设计不能在极高的温度下工作，它们将无法达到规格或在这些温度下简单地失效。设计人员在搜索要在这些设计中使用的元器件时，需要包括温度额定值，以防止电路板故障。

下一步是考虑如何将元器件放置在板上。重要的是要在热的部件之间保持尽可能远的距离，以防止在板上形成高温区。诸如高功率电阻器和稳压器之类的电源元器件会产生大量热量，并且当多个部件聚集在一起时，将会产生额外的热量。虽然电源的各个部分必须保持彼此靠近，但应尽可能分散不同的电源，以在板上形成热平衡。在这里，使用Cadence Allegro这样的PCB设计系统可以通过设置特定的保留区域和其他设计约束来控制元器件的放置，从而真正帮助您。

我们的设计还有其他方面需要考虑。使用通孔将热量传导到电路板的电源和接地层是一种方法，而将系统外壳修改为包括热绝缘是另一种方法。在设计中添加散热器以帮助热元器件也很重要，而冷却风扇是帮助散热的另一种方法。最后，还有一些路由注意事项也可以提供帮助。

高温印刷电路板上的走线布线

    您将在高温PCB上执行的许多跟踪布线与您已经在执行的操作相似。您需要准备要进行布线的设计，设置层堆叠要求，添加设计规则，并对板进行布线，如您在此链接中所见。仍然需要遵循高速设计规则，这将需要设置设计规则和约束。 

    需要更多关注的是如何布线电源走线。您将要确保使大电流路径尽可能短，并使它们远离其他敏感电路。高功率电路需要更多的铜来传导该功率以及散发热量。在功率和热量方面，越宽越好。迹线太窄可能会导致性能下降。

    要在高温设计中进行PCB布线的另一个领域是电源和接地层的结构。带有通孔的电路板上的大型铜层有助于从热的设备中除去热量。当这些平面连接到板的外层时，热量更有可能被从板中拉出并进入周围环境。 

    但是关键是要记住，您的飞机还需要通过提供清晰的返回路径以及噪声电源的隔离接地来满足电路板的信号和电源完整性需求，如本白皮书中所述。这是设计人员最需要设计技能的地方，以设计功率平面以实现所有这些目标，同时还要处理热量。幸运的是，PCB设计工具中有一些功能可以提供帮助。

设计工具如何提供帮助

深圳小铭打样SMT贴片加工：您可以帮助设计用于高温操作的电路板的第一步是充分利用设计规则和约束。确保以导热和通电所需的宽度指定电源和接地走线。您可以使用的另一个很棒的工具是在线元器件浏览器，例如Cadence示意图系统中的Unified Component Search。使用此工具，您可以在搜索过滤器中定义不同的元器件参数，以找到最适合电路板散热需求的部件。

您还应该使用仿真和分析工具来帮助您创建设计。Allegro中的IR Drop Vision分析工具将在您制作电源平面和接地平面时提供帮助，以确保您在所需的电路板设计中获得了电源覆盖率。此外，还有许多其他功能和工具可用来帮助您在致力于制造之前管理设计的散热方面。

您需要最好的PCB设计系统来应对当今在更高温度和更高温度下工作的电子产品的要求。