PCB の熱設計ハックが熱くなって重くなる

比較的最近になって手頃な価格の基板製造サービスが台頭したおかげで、Hackaday を読んでいる人の多くは、PCB 設計のコツを学んでいるところです。 「Hello World」に相当する FR4 をまだ作成している人にとっては、すべてのトレースが本来あるべき場所に到達するだけで十分な成果です。 しかし、最終的には設計がより野心的なものになり、複雑さが増すにつれて、当然ながら新たな設計上の考慮事項が必要になります。 たとえば、大電流アプリケーションで PCB が自動的に調理されるのをどのように防ぐのでしょうか?

Mike Jouppi が先週の Hack Chat を主催したときに、答えを出したいと思ったのはまさにこの質問です。 彼はこのテーマを非常に真剣に受け止めており、エンジニアが PCB の熱設計の問題に対処できるよう支援することに特化した Thermal Management LLC という会社を実際に設立したほどです。 彼はまた、どれだけの電流を流す必要があるかに基づいて基板トレースのサイズを適切に決定するための標準である IPC-2152 の開発の議長も務めました。 これはこの問題に触れた最初の標準ではありませんが、最も最新かつ包括的な標準であることは確かです。

場合によっては 1950 年代に遡るデータを参照している多くの設計者が、注意してトレースのサイズを大きくしてしまうのはよくあることです。 多くの場合、これは、PCB の内部トレースが外部トレースよりも高温になる傾向があるという仮定など、マイクが研究で不正確であることが判明したとマイクが述べている概念に基づいています。 新しい標準は、設計者がこうした潜在的な落とし穴を回避できるように設計されていますが、現実世界にとっては依然として不完全な類似物であると同氏は指摘します。 基板の熱特性をより良く理解するには、実装構成などの追加データを考慮する必要があります。

このような複雑なトピックであっても、覚えておくと十分に広く応用できるヒントがいくつかあります。 マイク氏によると、基板の熱特性は銅に比べて常に劣るため、内部銅プレーンを使用すると基板全体に熱を伝導しやすくなります。 大量の熱を発生する SMD 部品を扱う場合、大きな銅メッキビアを使用して並列熱経路を作成できます。

チャットの終わりに向かって、Thomas Shadck 氏が興味深いアイデアを提案しました。トレースの抵抗は温度が高くなると増加するため、これを使用して、他の方法では測定が難しい内部 PCB トレースの温度を測定できるでしょうか? マイク氏は、このコンセプトは正しいと述べていますが、正確な読み取り値を取得したい場合は、校正するトレースの公称抵抗を知る必要があると述べています。 確かに、特に PCB の内部層を覗くことができるサーマルカメラを持っていない場合は、将来のために覚えておくべきことです。

ハック チャットはかなり非公式なことが多いですが、今回はかなり鋭い質問がいくつかあることがわかりました。 明らかに、支援を必要とする非常に特殊な問題を抱えている人たちがいたのです。 公開チャットで複雑な問題の微妙なニュアンスすべてに対処するのは難しい場合があるため、マイクが参加者に直接連絡を取り、問題について 1 対 1 で話し合えるようにしたケースもいくつかあります。

この種のパーソナライズされたサービスが常に受けられるとは約束できませんが、これは Hack Chat に参加する人たちに与えられるユニークなネットワーキングの機会の証であると考えており、全員が確実に利用できるよう尽力して​​くれた Mike に感謝します。質問には彼の能力の限り答えられました。

ハック チャットは、ハードウェア ハッキングの世界のあらゆる分野の一流の専門家が主催する毎週のオンライン チャット セッションです。 これは、ハッカーにとって楽しく非公式な方法でつながる素晴らしい方法ですが、ライブで参加できない場合は、これらの概要投稿と Hackaday.io に投稿されたトランスクリプトを利用して、見逃さないようにしてください。