Jump to content


Photo

Designul circuitelor PCB, cu componente SMD,


  • Please log in to reply
17 replies to this topic

#1 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 06 January 2017 - 07:00 PM

Designul circuitelor PCB, cu componente SMD, în aplicații de RF, JF si MW

 

Aceast topic poate servi ca un ghid practic de proiectare și construcție a aparatelor realizate pe circuite imprimate (PCB), cu componete montate pe suprafața circuitului (SMD). Sunt folosite fundamente de putere disipată, frecvența de lucru, transfer de căldură și se arată sugestiv, unele rezultate obținute in practică. Această tehnică se poate folosi pentru o proiectare adecvată, a anumitor aplicații de frecventă joasa, radio, microunde sau DC.

Caracteristicile termice ale PCB.
FR-4 este unul dintre materialele PCB cel mai frecvent utilizate și este un produs laminat din rasină epoxi, armată cu fibră de sticlă. FR-4 are o conductivitate termică foarte scăzută, la o grosime de 1,588 mm este de 0,2 W/mK iar stratul de cupru cu grosimea de 70um, are 398 W/mK  . Figura de mai jos prezintă o geometrie în secțiune transversală tipică pentru materialul FR-4  cu două straturi.

    Attached File  FR4 sectiune transversala.jpg   8.52KB   2 downloads

Rezistența termică a unei suprafețe conductoare termic prin substrat poate fi calculată cu formula,

 

       Rth = W / (K * A) , unde:

 

  -  Rth este rezistența termică in  gradeC / W;

   -  W este grosimea circuitului PCB (stratului FR4), cu rolul de transfer termic spre o suprafată mare pe spate, și in aer pe fața,  în metri;

  -  A este suprafata de cupru liberă care radiază caldura, in metri pătrati.

  -  K este conductivitatea termică a materialului stratului, în W/mK  și este dată in tabel pentru diverse materiale;

 

    Material                                      grosime uMetri                   Conductivitatea termica K  (W/mK)

 

    SnAgCu aliaj de lipit                                 75                                            58

    Stratul Fata cu cupru                             35, 70                                        398  

    FR4                                                        1588                                           0,2

    Gauri metalizate, umplute (SnAgCu)    1588                                           58

    Stratul Spate cu cupru                           35, 70                                        398  

    Stratul de mascare (optional)                   25                                            0,2

 

 

Pentru o placă de 1,6 mm grosime tipică, cu o suprafață de aproximativ 270 mm pătrați, rezistența termică a suprafeței plane de cupru este de aproximativ 30 ° C / W .

 

       Rth = (1,6*0.001) / (0.2 x 270 *0.000001 ) = 29,629 ° C / W

 

Un mod convenabil pentru îmbunătățirea transferului termic pentru FR-4 PCB este adăugarea de treceri metalizate (VIAS) termice între straturile fată și spate, din cupru. Acestea sunt bune conducătoare termic și sunt folosite și pentru interconexiuni electrice între straturi.

     Attached File  FR4 sectiune transversala cu treceri metalizate.jpg   10.97KB   0 downloads

Folosind valoarea conductivitații termice a aliajului de SnAgCu, care umple trecerile metalizate, la o singură trecere cu un diametru de 0,6 mm rezultă:

 

         Rth = 1,588 * 0.001 / [58*Pi*(0,5*0,6*0,001)^2] = 96.837 ºC/W,

          unde  Pi = 3,1415926

 

S-a obținut o valoare mare, cu toate acestea, atunci când se utilizează spatele de cupru sau un radiator mare lipit pe spatele circuitului și N VIAS, crește zona care racește cu un factor de N*VIAS, care rezultă în relatia:

 

    Rth = W / (Nvias * K * A)

 

Rezistența termică totală pentru un substrat dielectric cu treceri metalizate, se calculează ca și cum rezistențele termice ar fi în paralel:

 

        Rth = [1 / Rth_vias + 1 / Rth_FR4]^(-1), unde caracterul "^" inseamna ridicarea la putere.

 

Folosind valorile din tabel, pentru 270mm pătrați și 5 treceri pline, cu diametrul de 0,6mm rezultă o rezistență termică de aproximativ 12 ºC/W, față de 30 ºC/W fara treceri metalizate pline, astfel :

 

       Rth = 1 / [5 /96,8+(1/30)] = 11,78 ºC/W

 

Rezistența termică a 5 treceri rezultată este de circa 28 ºC/W.

 În practică este posibil ca unele treceri sa nu fie umplute cu aliaj de lipit SnAgCu iar altele sa fie umplute parțial și astfel se reduce capacitatea de răcire. In general diametrele minime acceptate sunt de la 0,25 la 0,3mm și practice de circa 0,6mm.

 

@gsabac

 

 



Cu_reclama

Cu_reclama
  • Membri

#2 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 08 January 2017 - 12:24 AM

Continuare.

 

Rezistența termică totală, joncțiune-aer a tranzistorului, este suma algebrică dintre rezistența termica Jonctiune-Colector  și Colector-Aer,

  ca două rezistențe conectate în serie:

 

           Rth_JA = Rth_JC + Rth_CA, unde Rth_JC este dată de catalog pentru fiecare tranzistor.

 

Temperatura jonctiunii depinde de temperatura conexiunii colectorului (terminal, pin, tab) astfel:

 

           Rth_JC = (TJ – TA) / Pdisipata

 

Exemplu : pentru Tcolector = 80 grade : Tranzistorul BFG591 are : Tjmax = 150 grade,  RthJA =35 ºC/W;

 

Pdmax = (150 – 80 )/ 35 = 2W, valoare maximă pentru acest tranzistor, dată în catalog. Deși la temperaturi ale pinului de colector

  mai mici de 80 grade rezultă puteri mai mari, fabricantul limitează puterea maximă la 2W, din considerente tehnologice.

Dacă se dorește o temperatură mai joasă,  pentru o functionare îndelungată, de 120 grade, atunci :

                 Pd = (120 – 80 )/ 35 = 1,14W

Căldura din terminalul colectorului se disipă prin intermediul radiatorului și rezistența termică este :

 

           Rth_CA = (TC – TA)

 

Exemplu : pentru Tambiantă = 45 grade și 1,14W ;

 

               Rth  = (80 – 45) / 1,14 = 30,7 ºC/W

 

Am calculat mai sus pentru o placa de 1,6 mm grosime, cu o suprafață de aproximativ 270 mm pătrati, rezistența termică a suprafeței plane

  de cupru  si este de aproximativ 30 ° C / W . Deci radiatorul pentru 1,14W în condițiile date, este o suprafață de cupru dreptunghiulară,

  de circa 16mm pe 17mm sau de o alta geometrie. Trebuie ținut cont de poziția de plasare a colectorului cît mai în centrul suprafeței de răcire,

  care la suprafețe mari nu este accesibil, de aceea suprafața radianta se face putin mai mare.

Exemple la scară pentru SOT223 de circa 97 mm pătrați și SOT23 de circa 6 mm pătrați sunt date în figurile de mai jos:

     Attached File  SOT23 cu pad termic.jpg   8.55KB   0 downloads       Attached File  SOT223 cu paad termic.jpg   17.82KB   0 downloads

Padul de răcire poate fi realizat și din traseele de cupru folosite la interconexiuni, elemente capacitive de filtrare sau linii de transmisie microstrip, etc.

Modelul de capsula SOT23, de ex. BFR106, 5Ghz, rezistența termică 210 K/W, Tjmax=175 grade, merge la 500mW putere disipata data de catalog.

  Cu radiator finit se pot obtine usor, puteri disipate de 200mW.

    Attached File  capsula SOT23.jpg   8.16KB   0 downloads

Modelul de capsula SOT223, de ex. BFG591, 5Ghz, rezistența termică 35 K/W, Tjmax=150 grade, merge la 2W putere disipată maximă, pe radiator. Cu radiator finit se pot obține usor, puteri disipate de 1W.

    Attached File  capsula SOT223.jpg   15.31KB   0 downloads

Exemplu de șape pentru racirea tranzistorului MGF1302, hemt, 20GHz.

     Attached File  MGF1302 si spatele metalizat.jpg   27.08KB   0 downloads

La înaltă frecvență trecerile multiple spre masă, au și rolul de a micșora impedanța emitorului (sau sursei, surselor), astfel se măreste amplificarea

  și se consolidează stabilitatea la autooscilaţii.

Atunci cînd densitatea de componente este mare sunt metode speciale de calcul prezentate în diverse publicaţii.

 

@gsabac


Edited by gsabac, 08 January 2017 - 12:26 AM.


#3 OFFLINE   Dxxx

Dxxx

    Membru avansat

  • Moderatori
  • 1,348 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 08 January 2017 - 01:18 AM

Unii stiu astea bine, altii le stiu intuitiv din experienta, dar majoritatea ar avea nevoie sa le stie, insa habar-n-au.

 

Iti multumesc ca ai facut tot acest efort, te asigur ca nu a trecut neobservat - sper numai ca sa fie citit si de cei care au nevoie sa citeasca!

Racirea este de obicei Cenusareasa neglijata, si cat sufera montajele din cauza asta ... am sumedenie exemple solide din zona cu care ma ocup, adica LEDuri.



#4 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 08 January 2017 - 09:58 AM

Continuare.

 

Mai jos sunt prezentate cîteva șape (paduri) pentru tranzistori SMD, unele cu găuri pentru treceri.

  Attached File  paduri de componente SMD.jpg   148.76KB   0 downloads

În regim de homemade, trecerile spre masă sunt realizate cu sîrma de cupru, cu diametrul putin mai mic decît gaura. Capetele se fac de circa 2,5mm, se îndoaie peste circuit apoi se cositoresc pe ambele fețe.

Rezistența termică a suprafeței de cupru pentru componente SMD se poate determina și folosind graficele de mai jos, publicate de firma Infineon (Siemens) în Application Note No. 077

   Attached File  Rezistenta termica in functie de suprafata cuprului.jpg   44.57KB   0 downloads

Pentru aplicații de RF spatele circuitului nu trebuie metalizat în dreptul padului de răcire, datorită capacițatii electrice prea mari, de la zecimi la cițiva pF.

   Attached File  zona de cupru pentru design RF.jpg   12.61KB   0 downloads

Pentru răcire suplimentara se foloseste un radiator suplimentar de cupru, lipit cu aliaj de cositor direct pe colector, ca in poza de mai jos. Suprafața sa se calculeaza cu metode convenționale iar rezistența termică totala se obtine din punerea în paralel a rezistențelor termice implicate.

In foto radiatorii de cupru sunt modelați pentru capacitate minima. Ei au o zonă mai mică, de circa 8 mm, care se lipește pe circuit imediat lingă terminalul de colector. Pentru un stres termic mai mic se poate folosi un aliaj de cositor eutectic SnPbAg cu 60% cositor, care se topește la 180 grade, sau un aliaj pe baza de cadmiu SnPbCd cu temperatura de topire circa 160 grade. Sunt și alte aliaje comerciale care se pot folosi.

   Attached File  amplificatori cu componente SMD.jpg   81.81KB   0 downloads

Montajele au fost realizate pe un substrat de teflon, armat cu fibra de sticlă, prin desenare directă pe circuit cu ajutorul unui marker Edding de 0,5mm și corodat cu clorură ferică.

In bibliografie sunt tratate circuite și radiatoare montate în curent de aer. Se obține o răcire forțata  care micșoreaza de citeva ori mărimea termică a unui radiator, pentru aceeași putere disipată. În acest caz este necesară folosirea unui dispozitiv de protecție termică, în caz ca vențilatia se oprește.

 Modelarea termică cu programe de simulare, pentru fiecare caz geometric, este deosebit de complicată și este prezentată în bibliografie.

 Pentru tranzistorii de RF care sunt montați pe radiatori convenționali, dar circuitul este SMD, se pot folosi deasemenea relații simple de calcul a transferului termic și radiatoarelor.

 

@gsabac


Edited by gsabac, 08 January 2017 - 10:03 AM.


#5 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 08 January 2017 - 01:05 PM

Continuare.

 

Exemple de capsule SMD utilizate în tehnologia SMT. Distanţele între padurile de pe circuit la unele circuite

  sunt date de producator în mm iar la altele în mils (1inch=25,4mm si 1inch=1000mils), de aceea trebuie avut

  grije la proiectare sa se verifice corectitudinea modelelor utilizate de softul utilizat, cu datele de catalog.

     Attached File  circuite SMD.png   130.53KB   0 downloads

Managementul termic devine tot mai important pentru cresterea densitații de componente electronice din plăcile moderne
 cu circuite imprimate (PCB), unde puterea aplicată, continuă sa crească.
Ambii factori duc la temperaturi mai ridicate ale componentelor individuale și a întregului ansamblu.

Cu toate acestea, fiecare componentă electrică într-un ansamblu, trebuie să fie utilizată în cadrul
 limitelor sale prescrise de temperatură de funcționare, datorită proprietaților de material și
 datorită aspectelor de fiabilitate. De exemplu, în cazul în care temperatura pe joncțiunea unui
 dispozitiv care funcționează la 160 grade C, în raport cu 130 grade C, costul plătit pentru acel dispozitiv,
 este că rata de defectare va crește cu un ordin de mărime, de 10 ori. Datele exacte ale rezistențelor termice,
 sunt importante pentru aceste motive.

Pentru aplicații de mică putere folosiți o temperatură ambiantă de 45 grade celsius,
 pentru putere mai mare și montaje în casete închise, folosiți chiar 55-60 de grade C la calcule,
 iar pentru auto, folosiți 80 grade pentru temperatura ambiantă.
Temperatura maximă a joncțiunii de 150 grade C, este o valoare comună, dar sunt și componente care merg chiar la 200 grade C,  este bine să verificați datele de catalog, pentru a fi siguri.

La montarea pe suprafață a componentelor(SMD), în cazul în care PCB din cupru, este folosit ca un radiator, pentru 300 g/metru-pătrat(35um) de cupru, disiparea căldurii se apropie asimptotic la circa 650 mm pătrați (25mm x 26mm), cu alte cuvinte, cu un radiator PCB mai mare de 650 mm pătrați nu faci o răcire mai bună. Există câteva trucuri care pot ajuta, cum ar fi plasarea VIAS, în suprafața de răcire, pentru transferul căldurii la straturile de jos. Este, de asemenea, posibil să se utilizeze și radiatoare de căldura montate pe suprafață, ca in pozele atașate, sau utilizarea unui curent de aer rapid.
     Attached File  multipleVias.png   22.65KB   0 downloads

Radiatoarele discrete din cupru se pot monta pe circuitele imprimate pentru realizarea unui regim termic convenabil

 si unele sunt prezentate in poza urmatoare. Sunt multe modele cu diverse rezistente termice garantate de producator.

         Attached File  radiatorPCB.gif   31.2KB   0 downloads     Attached File  RadiatorCupru.png   24.44KB   0 downloads

Pentru aplicatii de RF și chiar AF sau DC, un rol important în fiabilitate îl are asigurarea unei rezerve de putere maximă, de tensiune maximă și curent maxim, deoarece în regim dinamic sau autooscilatii rapide pe fronturi, etc, micro-volumele interne ale joncțiunilor componentelor active se supraîncălzesc sau chiar se topesc și astfel componentele se degradează lent, pînă la distrugere. Și o protectie lentă in comparație cu avalanșa de curent are un efect salvator doar de scurtă durată. Un fost coleg de-al meu, folosea pentru protecția circuitelor experimentale, dispozitive speciale, cu tranzistori de comutație super rapizi (4nS -10nS) și de curent mare, în saturație și cu condensator de ieșire mic, de 100nF. Proteja astfel chiar și tranzistorii de RF.

În general, pentru aparate fiabile, se dimensioneaza radiatoarele pentru regimul de putere maxim sinusoidal, sau maxim de impulsuri și nu pentru regimuri  medii de putere muzicală, de exemplu.
O supradimensionare este necesară și pentru a acoperi eventuale creșteri ale rezistențelor termice, datorate degradării pastelor termice, a acoperirii cu praf, a deformarii pieselor izolatoare din plastic și nu în ultimul rînd al slăbirii șuruburilor de strîngere acolo unde este cazul.

 

Succes!

 

@gsabac


Edited by gsabac, 08 January 2017 - 01:10 PM.


#6 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 08 January 2017 - 02:23 PM

Continuare.

 

Un rol important în proiectarea unui circuit în tehnologia SMD, îl are o dimensionare corectă a grosimii pistelor de circuit,

în funcție de curentul electric ce trece prin ele. Atunci cînd se lucrează cu tensiuni  mari,

trebuie să avem siguranța functionării, fără străpungeri sau descărcări accidentale,

în condiții defavorabile de mediu sau de infestare a circuitului.

 Măsuratorile au fost făcute în decursul timpului, cu diverse materiale și conditii și s-au elaborat metodologii și normative,

pe care este bine să le aplicăm in proiectarea circuitelor PCB.

Metode propuse de  IPC- Association Connecting Electronics Industries, IPC-2221 de calcul standard  generic a circuitelor PCB.

Calculul curenților și grosimea pistelor de circuit SMD.

Relatiile de calcul originale, sunt  în poza următoare.

   Attached File  intensWidth.jpg   143.6KB   0 downloads

În Gelectronic  Synthesis, am aplicat aceste relații. În datele de intrare, lungimea conductorului și grosimea cuprului sunt în mm,

 iar curentul în amperi. În, TextBox-ul,  Temperature Rise, se introduce supracreșterea  de temperatură pe care o acceptați pentru pista SMD.

Rezultatele sunt afișate la comanda, Calculate.  În exemplul calculat, pentru 1A se poate folosi o pista cu grosimea minimă

 de 0,3 mm (sau mai lata), pe suprafața plăcii de circuit și la 40 mm lungime apare o cădere de tensiune de 64 mV.

Dacă mai multe pistele străbatute de curenți mari, sunt apropiate, se va mări lățimea pistelor.

Puteți tasta în Google,  IPC-2221 și urmări toată metodologia de proiectare.

 

Un rol important îl are dimensionarea  distanțelor dintre piste, în funcție de tensiunea electrică diferentială, dintre ele.

Metodologia IPC-2221 recomandă și utilizarea datelor din următorul tabel.

   Attached File  maxVoltage.jpg   105.43KB   0 downloads

Se remarcă pentru 220V alternativ (max 245V), deci  347V tensiune de virf  , un spațiu minim de 2,5mm,

pentru vîrfuri de supratensiune de max 500V și calculat, 5 mm pentru virfuri de 1000V.

Cifrele sunt pentru suprafețe uscate, curate, neprotejate, fară prezența vîrfurilor sau proieminențelor ascuțite pe piste.

Un circuit fără resturi de materiale decapante, flux, paste, va funcționa un timp îndelungat făra degradarea rezistențelor

de izolație, importante mai ales la circuitele CMOS, operaționale cu impedanțe mari de intrare, etc.

În prospectele firmei Philips, se specifică expres aceasta stare a circuitului, pentru măsurarea parametrilor tranzistorilor și circuitelor, deci atentie.

Am și eu un exemplu în acest sens. Am construit un multimetru care măsoară și rezisțențe de 100 Mohmi,

După 3 ani, în micro fisurile apărute în sacîzul necurățat, a apărut o rezistență de circa 30 Mohmi,

care  determina măsurători eronate. Curățarea sacîzului a rezolvat problema, dar nu și încrederea în aparat.

 

@gsabac

 

 

 


Edited by gsabac, 08 January 2017 - 02:25 PM.


#7 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 08 January 2017 - 04:21 PM

Continuare.

 

Tehnologia SMD are metode general valabile pentru un rezultat tehnologic fiabil,  dar si  pentru pastrarea integritatii depline

 a componentelor. Regimul de temperatura recomandat pentru statiile SMD este prezentat in poza.

 Se remarca preincalzirea, zona peste 200 de grade Celsius şi şutul rapid de temperatură de maximum

  10 secunde pentru ca fluxul cu aliaj de cositor sa se topeasca si sa adere la substrat si componente.

Urmeaza o racire lenta pina la temperatura camerei. Se remarca, temperatura maxima admisa

 de 230 de grade timp de 10 secunde.

     Attached File  reflow.jpg   48.32KB   0 downloads

In prezent, aliajele agreate in tehnologia SMT sunt fara plumb si au in continut

  cositor, cupru si argint, de exemplu Sn95,5-Ag3,8-Cu0,7 cu punctual de topire la 217°C.

Pentru reparatii, dupa observarea automata sau manuala, se poate folosi fludor cu temperatura de topire de 180 de grade,

 pe baza de eutectic cu plumb, argint si cupru. Defectele posibile sunt foarte multe, rotirea componentelor, scurtcircuite,

 ridicarea componentelor in pozitie verticala, exfolierea terminalelor, ruperea cositorului la terminale, etc.

 

Indicatii de reparatii manuale ale defectelor rezultate din fabricatie: (Johanson dielectic components U.S.)
Rearanjarea sau relipirea condensatorilor ceramici cu un ciocan de lipit este de încurajat, datorita limitarilor inerente

 in controlul proceselor tehnologice. În cazul în care un ciocan de lipit trebuie sa fie angajat,
      se recomanda masuri de precautie:

- Circuitul care contine condensatori se preincalzeste la 150 ° C;
- Nu atingeti condensatorii cu vârful ciocanului de lipit, ci numai alaturat;
- Ciocan de lipit de 30 wati (max) termostatat;
- 250 °C, temperatura virfului (max);
- 3,0 mm diametru virfului (max);
- Timp limitat de lipit la 5 secunde;

- Folositi o metoda de descarcare electrostatica ( pentru ciocanul de lipit si pentru corp).

Dupa lipire ansamblul ar trebui sa fie lasat sa se raceasca treptat, mentinând din nou un gradient de 2 ° C / sec. maxim

  în conditiile temperaturii ambiante. Încercarile de a accelera acest proces de racire sau imediat expunerea circuitului la frig

  sau la folosirea solutiilor de curatare duce la posibilitatea de cracare prin soc termic a ceramicii condensatorilor.

 

In conditii de amator, recomand lipirea manuala a componentelor cu ciocan de lipit:

 - folosirea unui ciocan de lipit termostatat, setat la maximum 250 de grade Celsius;

 - virf de 1-2mm cositorit si curatat in permanenta;

 - folosirea unui fludor cu temperatura de topire de 180 de grade Celsius, de 0,5mm sau 1mm.

Proiectarea circuitului trebuie sa tina seama de angajamentul virfului de lipit, adica pad-urile trebuiesc sa fie ceva mai lungi,

 decit cele utilizate pentru masinile automate si prezente in softurile de proiectare.

Folosirea dispozitivelor cu aer cald poate cauza unele degradari ale componentelor datorita supraincalzirii.

Observatii de homemade:

- in decursul timpului nu am defectat decit citeva componente din citeva mii si mai ales la modificari, demontari, schimbari.

- componentele SMD actuale sunt extreme de rezistente, de pot monta vertical, oblic, cu fire lipite, etc. 

- deci curaj pentru folosirea acestor componente.

 

@gsabac


Edited by gsabac, 08 January 2017 - 04:34 PM.


#8 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 08 January 2017 - 05:53 PM

Continuare.

 

Circuit amplificator de banda larga DC-650MHz, homemade realizat cu componente montate pe circuit FR4 de 1,6mm.

  Attached File  preampCirc2.jpg   282.49KB   0 downloads

Pentru curatarea circuitului am folosit alcool tehnic, alcool din comert de 98 de grade sau chiar alcool medicinal.

Am frecat circuitul cu o periuta de pictura cu peri aspri iar depunerile mai consistente le-am riciit cu un virf metallic fin.

Dupa spalare am clatit cu alcool, am scurs lichidul si excesul l-am absorbit cu o cirpa curata de bumbac.

Dupa aceste operatii este indicat sa se usuce bine circuitul cu un feon cu aer cald.

Un circuit complex care poate explicita diversitatea tipurilor de blocuri functionale ce se pot realiza

  in tehnologia SMT este in poza de mai jos.

         Attached File  circuit complex SMD-SMT.jpg   208.01KB   0 downloads

Observatii de homemade:

Componentele sensibile, trimerii rezistivi sau capacitivi, conectorii, pinii de contact, etc,

 trebuiesc montati dupa toaletarea circuitului,  deoarece se acopera cu un strat fin izolator de resturi.

 Pe internet sunt nenumarate filme si poze care oarece explica aceasta tehnologie, dar nu pot fi luate in

 consideratie decit articolele stiintifice ale cercetatorilor si firmelor producatoare, restul e ca idee sau "gargara".

 Concuzii:

 -Circuitele manufacturate acasa sunt usor de construit au dimensiuni mici, merg si la frecvente mari si costa putin;

- Componentele SMD sunt foarte fiabile;

- Se pot face mixturi cu componente traditionale.

 

Scuze pentru discomfortul realizat de acest topic, postarile sunt plictisitoare, lipsesc completarile userilor

  dar si matematica este uneori deranjanta si de neinteles. Am introdus si observatii personale dar si circuite

  realizate acasa pentru veridicitatea topicului.

Sper ca se poate sparge “gheata” pentru multi useri care inca au stat la indoiala in privinta utilizarii componentelor SMD

 in circuitele facute acasa pentru experimentare si nu numai.

 

Bibliografie:

http://tet.pub.ro/files/studenti/materiale/an_IV/ea2pro/Sursa_cu_tranzistoare.doc

http://www.ti.com/lit/an/snva036a/snva036a.pdf

http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00792a.pdf

http://www.digikey.fr/fr/articles/techzone/2010/dec/optimizing-pcb-thermal-performance-for-cree-xlamp-leds
http://sound.westhos...m/heatsinks.htm

http://www.electronics-cooling.com/2004/05/critical-cooling-issues-in-high-power-radio-frequency-transmitter-amplifiers/

http://www.designworldonline.com/how-to-select-a-suitable-heat-sink/

http://www.engineering.com/calculators/airflow.htm

https://www.rose-hulman.edu/~voltmer/Wireless/Heat_sinks.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_sink

http://www.electronicproducts.com/Power_Products/AC_DC_Power_Supplies/Keeping_your_cool_while_keeping_your_power_supply_cool.aspx

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00792a.pdf  SOT23 power disssipation00792a.pdf

http://electronics.stackexchange.com/questions/53100/sot-223-thermal-pad-and-vias

 

Topicul se poate completa cu metode si aplicatii pentru acest domeniu, cu realizari personale sau cu teorie cu aplicatie

 practica utila constructiilor cu componente SMD sau mixte SMD-THT.

 

 Succes la lipit si dezlipit !.

 

@gsabac

 

 

 

 



#9 OFFLINE   Dxxx

Dxxx

    Membru avansat

  • Moderatori
  • 1,348 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 08 January 2017 - 06:15 PM

Da, insa sunt anumite amendamente majore ... Johanson din America nu pare a lipi cu manutza lui.

 

Letcoanele normale denumite mai sus "ciocan de lipit termostatat" se bazeaza in functionare pe masa termica.

Adica energia se acumuleaza treptat in masa varfului si de acolo se duce spre lipitura.

 

Pentru lipirea SMDurilor trebuie (cine incearca altfel, tot la ce "trebuie" va ajunge) folosite varfuri care sunt efilate si lungi. Pe sectiunea relativ mica a tijei respective, rezistenta termica va fi relativ mare, asa ca "varful varfului" se va raci pronuntat in timpul lipirii fata de baza varfului. 

Cine doreste poate vedea grafice pe site-ul Hakko unde scaderea temperaturii atunci cand se lipeste este in mod normal pana chiar la 100 grade, iar in cazul varfurilor pentru SMD sigur suntem pe acolo.

Chiar daca avem o statie foarte "steroidizata" ca un JBC tot vom avea o diferenta mare exact in tija dintre corpul si varful varfului.

 

Pai si cu fludor eutectic topibil la 182 grade vom avea deci nevoie de 280 grade, asta la limita topirii - iar pentru comoditate, ca sa putem lipi cursiv, temperatura uzuala pe care eu o recomand este intre 300 si 350 grade, oricum mai mica decat cele 380 grade uzual recomandate. 

Si in mod sigur daca operatorul are scoarta cerebrala cu el nu va tine excesiv varful dupa topire, deci in piesa probabil nu se vor depasi 220 grade, pentru ca piesa in sine dar mai ales traseele de cupru vor disipa mult din energie.

Cu scule bune si bine selectate plus o mana experimentata se pot lipi SMDuri in jur de 300 grade. Pentru incepatori insa probabil ca peste 350 va fi necesar...

 

Oricum insa 250 grade nu poate sa debiteze decat un teoretician care n-a lipit in viata lui, ca la asa temeperatura nu faci decat sa te enervezi si vei distruge mult mai probabil componente pentru ca vei tine letconul pe ele o vesnicie ca sa se produca topirea...

Bineinteles ca discut despre letcoane/statii corect etalonate termic!

 

Desigur ca temperatura poate fi ceva mai mica in cazul solutiilor de lipit care nu se bazeaza asa mult pe masa termica (JBC, Metcal) dar asta nu se aplica majoritatii pentru ca sunt foarte putini cei dotati cu asa ceva.



#10 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 09 January 2017 - 03:19 PM

Adaptare partiala dupa articolul mentionat la sfirsitul postarii.

 

In figura 1 este aratata configuratia monturii unei rezistente SMD si partile componente.

   Attached File  rezistor SMD-0603.jpg   19.47KB   0 downloads

In figura 2 este o imagine al unui rezistor chip SMD-0603 care disipa 200mW la temperatura camerei. Maximul de temperatura se observa

 pe  suprafata din centrul lacului iar temperatura zonelor cu lipituri are o temperatura cu circa 10 grade mai mica.

    Attached File  imagine termica rezistor SMD-0603.jpg   34.82KB   0 downloads

Cu aceste masuratori de temperatura se poate determina rezistenta termica a rezistorului SMD-0603 cu relatia:

       Attached File  relatia rezistentei termice.jpg   6.57KB   0 downloads

Inlocuind valorile de temperaturi si putere disipata se obtine experimental o rezistenta termica

 de circa 2500K/W pentru modelul 0602

Atunci cind se monteaza mai multe rezistente in proximitatea tehnologica rezultatele masuratorilor arata o marire aparenta a rezistentelor termice

  de care trebuie sa se tina seama la proiectare. De exemplu pentru un singur rezistor chip montat pe PCB rezistenta termica este de 157K/W

  pentru 5 rezistori rezulta 204K/W iar pentru 10 chiaar 265 K/W si in figura 3 sunt prezentate grafic supracresterile de temperatura.

    Attached File  supracresterea temperaturii pentru SMD-1206.jpg   52.36KB   0 downloads

Rezultatele obtinute pina acum sunt pe cazurile particulare cu paduri normale pentru montura pe un circuit PCB, dar alfel se pune problema

  in cazul in care padurile pot fi realizate de dimensiuni mai mari si participa la racirea rezistorilor SMD.

Autorii au folosit pentru masuratori, paduri racite de blocuri de cupru cu dimensiunile

 (60 mm x 60 mm x 10 mm) pentru a determina o rezistenta termica apropiata de rezistenta termica pe radiator infinit si s-au obtinut

  rezultatele din tabelul urmator.

    Attached File  tabel cu rezistente termice ale chip-uri SMD.jpg   49.39KB   0 downloads

Concluzii.
Design-ul PCB-ului și condițiile de mediu ale întregului ansamblu determină în principal, rezistența termică totală. După cum sa demonstrat,

  un grad de integrare redusă a componentelor de disipare a căldurii, de asemenea, duce la scăderea temperaturii componentelor individuale.

Acest lucru este în contradicție cu tendința în curs de desfășurare pentru miniaturizarea, dar ar putea fi luate în considerare

  în anumite zone parțiale boardului.

În afară de modificările de proiectare PCB, disiparea căldurii poate fi îmbunătățită în mod semnificativ la nivelul componentelor, prin alegerea

  componentelor optime, cum ar fi rezistențe cu terminale late.

Pentru calcule se poate folosi modelul termic al padurilor extinse, prezentate in postarile anterioare.

Toate aceste date sunt utile in masura in care se respecta datele tehnice ale componentelor,

 tensiunea maxima continua sau in impulsuri, curentul maxim continuu sau in impulsuri puterea disipata maxima, etc.

 

Articolul original este aici: http://www.powerguru...r-applications/

 

@gsabac


Edited by gsabac, 09 January 2017 - 03:22 PM.


#11 ONLINE   mars01

mars01

    上昇

  • Membri
  • PipPip
  • 910 posts
  • Locatie:Bucuresti / Pitesti

Posted 09 January 2017 - 04:01 PM

@gsabac ... probabil ca in anumite situatii , aceasta analiza "pe hartie" e utila. Nu cred ca  facem aici design la rachete si nave spatiale, submarine sau alte echipamente destinate utilizarii in medii extreme. Sau telefoane mobile si implanturi mediale...

 

In conditiile in care exista tool-uri software gen "PDN Analyzer" (plugin pentru Altium Designer) sau altele, care fac analiza distributiei de putere, nu vad sensul in afara contextului academic. Chiar si pentru FPGA-uri (o chestie cu care ma "joc" in ultima vreme) exista unelte care calculeaza puterea consumata.

 

Nu zic ca nu este bine de stiut la modul general aceste informatii, doar ca nu sunt atat de utile pe cat pare atunci cand vorbim de componente altele decat sursele de tensiune. Cat disipa o componenta 0603 sau 0402 ... pusa langa o alta ... hai sa fim seriosi!

 

Atata timp cat facem un derating semnificativ in design si cand luam in calcul variatiile de temperatura ambianta ar trebui sa fim OK. Iar daca chiar avem nevoie, sunt carti de studiat pentru ca subiectul este vast si mult mai complex decat o postare. 

 

In tot cazul, un "thank you" virtual pentru ca cel putin doresti sa adaugi valoare aici.


Edited by mars01, 09 January 2017 - 04:04 PM.


#12 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 09 January 2017 - 05:26 PM

@mars01, interesanta postarea dumneavoastra si multumesc pentru aprecieri si va urez succes in activitate.

Sunt multi useri de valoare pe forum care proiecteaza aparate de la zero si realizeaza proiecte complete cu o densitate

 mare de componente (sute de componente), care toate disipa puteri aproape de limita. Basca aparatele mai trebuie sa fie si stabile termic in conditiile

 in care temperatura mediului ambiant poate fi de peste 55 de grade. Am realizat topicul pentru a le fi de ajutor sau macar sa fie informati

 despre problemele termice si nu numai.

Daca doriti, puteti sa adaugati un plus de veridicitate topicului, prin simularea seturilor de rezistentele montate apropiat pe circuit, pentru puteri

 disipate de 100mW sau 200mW la tipurile 1206 sau oricare altele, poate si impreuna cu citiva tranzistori SOT23 ce disipa 50-100mW.

 

@Dxx, sunt pareri personale si multe sunt in afara datelor necesare pentru realizarea unor aparate fiabile. Nu subscriu la ele si

 nu incurajez decit tehnicile producatorilor consacrati de componente si aparate care au creat aceasta tehnologie.

Ce tehnologie folositi, este bineinteles treaba Dvs. 

 

Succes !

 

@gsabac


Edited by gsabac, 09 January 2017 - 05:35 PM.


#13 OFFLINE   Dxxx

Dxxx

    Membru avansat

  • Moderatori
  • 1,348 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 09 January 2017 - 07:50 PM

Pai tocmai asta este problema, ca eu lucrez aproape exclusiv cu SMDuri deci cand se spune ceva pe langa... si lipirea o fac manual, cu letconul, deci ar trebui sa stiu.

 

In plus ai si alta parere a unuia care lucreaza din greu - colegul si prietenul Mars.

Si cat de corect este ceea ce spune nu are rost sa mai accentuez.

Tine cont ca si el si eu am citit subiectul, deci nu am venit aici pusi pe contraziceri incerte, ba chiar l-am abordat cu simpatie. Cred ca putini alti colegi vor citi...

 

Mai am o problema si cu:

"Sunt multi useri de valoare pe forum care proiecteaza aparate de la zero si realizeaza proiecte complete cu o densitate

 mare de componente (sute de componente), care toate disipa puteri aproape de limita."

 

- din pacate majoritatea prefera sa copieze scheme sau PCBuri, nu ai decat sa citesti topicele cu mii de postari.

- desigur insa, exista si cei care fac totul de la zero, nu sunt un procent mare, dar ca numar absolut sunt destui, ma recunosc vinovat si eu.

- nu pot sa garantez despre altii dar eu incep sa dau atentie disipatiei de cand incepe sa depaseasca 10% din maxim, asa ca in veci nu voi proiecta ceva cu "puteri aproape de limita" . In plus majoritatea montajelor complicate au preponderent parti de prelucrare semnal si minoritar parti de putere, cel putin asta este intotdeauna cazul la mine, ca ma ocup de electronica, nu de electrotehnica. Si atunci cand ai incarcata o componenta la 50% din maxim, insa printre zeci de componente cu incarcari bine sub 10% nu prea vad sensul...



#14 OFFLINE   gsabac

gsabac

    User Elforum

  • Membri
  • Pip
  • 85 posts
  • Locatie:Bucuresti

Posted 11 January 2017 - 03:19 PM

Multumesc pentru postarile constructive. Pe vremuri am lucrat in colective multidisciplinare si un mod de lucru general acceptat

  era sa cerem compania si a altor colegi prin formula: " te rog sa imi faci opozitie". Numai asa se poate realiza un produs sau o

  cercetare de calitate. Bineinteles ca la nivele de ansamblu, este necesar cite un brainstorming cu personae competente, care 

  deja au ajuns in faze avansate cu cercetarea, cunoasterea sau proiectarea.

 

 Cum se înlocuieste un dispozitiv semiconductor dupa International Rectifier.
Notă: Se incalzeste, de obicei, pentru a îndepărta umiditatea reziduală înainte de reprelucrare,

   si se foloseste procedura normala de mai jos.
1. Se încălzește site-ul la aproximativ 100 °C (150 °C, la asamblarea fără plumb),

    aceasta reprezentind etapa de preîncălzire a substratului.
Notă: Dispozitivele cu Pb sunt calificate pentru o temperatură maximă de vârf (reflow) de 225 °C

 si  260 °C pentru dispozitivele fara plumb (PBF). Pentru a evita supraîncălzirea aparatului sau substratului,

 ajustați setările de pe echipamentul dvs. pentru a atinge o temperatură maximă a aerului de 300 °C.
2 Dupa dezlipire se aruncă dispozitivul demontat.
3.Adaosurile reziduale se sterg de pe site folosind o lamă  tip instrument de lipit sau un șiret de curatare

   si aveți grijă la curățarea site-ului sa nu deteriorati circuitul. Fluxul rezidual se sterge folosind

  un agent de dizolvare flux.

4. În cazul în care site-ul este gata, se aplică noua pasta de lipire cu un micro-șablon și racleta sau manual dupa caz

5. Poziționati un nou dispozitiv pe vârful cu vid al capului de plasare și puneti dispozitivul  în contact

  cu pasta de lipit, apoi retrageti capul de plasare dupa oprirea pompei.
6. Se încălzește site-ul la aproximativ 100 °C (150 °C, la asamblarea fără plumb), aceasta reprezentind

   etapa de preîncălzire a substratului.
7. Utilizați instrumentul de lipit pentru a încălzi atât dispozitivul cit și zona adiacenta de lipire pina

   interconectează la temperatura de retopire (reflow) si se continua până când se lipesc toate terminalele.
8. Opriti  incalzirea si se răcește lent pina la temperatura camerei. La BGA se recomanda o racire mai rapida.

 

Capsulele din familia SOT23 sunt cele mai populare si au 3, 5, 6 si 8 terminale in trei variante ale pasului (pitch)

de plasare a terminalelor 0,50mm, 0,65mm si 0,95mm. Alegeti deci din libraria softului de lucru

 un model care sa corespunda cu dispozitivul fizic. 

Constructia interna este in figura de mai jos si caldura disipata se transfera prin intermediul terminalelor

 si capsulei. Temperatura de referinta este definita ca temperatura terminalului de colector

  si cu ea se fac calculele de putere disipata  si tot acolo se pot introduce radiatorii pentru racire.

      Attached File  capsula SOT23-3.jpg   27.61KB   0 downloads

Puterea disipata pe radiator infinit la aceasta capsula poate atinge la unele componente 500mW

 pe radiator infinit, cu temperatura de 70 de grade masurata la nivelul colectorului.

Familia SOT223 are componente cu 4, 5 si 6 terminale care sunt pozitionate in trei variante de pas,  1,27mm, 1,5mm si 2,3mm.

    Attached File  capsula SOT223-4.jpg   21.84KB   0 downloads

Puterea disipata pe radiator infinit la aceasta capsula poate atinge 2,2W cu temperatura masurata

 la nivelul terminalului de colector de 80 de grade celsius. Diverse tipuri de radiatoare sunt in poza urmatoare:

   Attached File  modele de radiatoare pentru SOT223-4.jpg   81.9KB   0 downloads

Componentele pot fi montate in trei densitati A, B sa C unde pad-urile au dimensiuni diferite pentru

 aceeasi componenta.

   Attached File  densitati la componente cu 2 terminale.jpg   23.92KB   0 downloads

Aceste modele sunt utilizate si la semiconductori, bineinteles acolo unde este posibil pe latimea sau

 pe lungimea pad-urilor

  Attached File  densitati la componente cu mai multe terminale.jpg   33.09KB   0 downloads

In anumite situatii pad-urile componentelor se pot redefini de catre utilizator la marimea necesara

 pentru racire sau pentru tehnologia aplicata.

Chiar daca numai citiva useri se informeaza sau aplica unele consideratii din postarile topicului sunt foarte multumit.

 

@gsabac


Edited by gsabac, 11 January 2017 - 03:24 PM.


Cu_reclama

Cu_reclama
  • Membri

#15 OFFLINE   cipri_mury

cipri_mury

    Membru

  • Membri
  • PipPipPipPip
  • 1,160 posts
  • Locatie:Arad

Posted 11 January 2017 - 04:34 PM

 

- din pacate majoritatea prefera sa copieze scheme sau PCBuri, nu ai decat sa citesti topicele cu mii de postari.

- desigur insa, exista si cei care fac totul de la zero, nu sunt un procent mare, dar ca numar absolut sunt destui, ma recunosc vinovat si eu.

 

 

Adica majoritatea i-au schemele de pe internet sau din alte surse precum carti/reviste de specialitate si putini concep  schemele.Nu la aceste lucruri va referiti?Caci acuma recent intrebam pe 2 useri de aici (nu dau nume) care au prezentat fiecare cate un proiect,daca au conceput  schemele acelor proiecte sau nu,iar raspunsul ambilor a fost ca este neproductiv sa reinventezi roata.Dar totusi cand vorbim despre ingineri nu mi se pare firesc sa realizeze proiecte doar dupa scheme concepute de altcineva.Cat despre acest topic este deosebit de interesant si ma asteptam la asa ceva din partea d-nului @gsabac dupa ce am vazut ca a inceput sa devina activ si pe acest forum.Sunt convins ca vor mai aparea si alte subiecte deosebit de interesante din partea dumnealui.Numai bine tuturor.






1 user(s) are reading this topic

0 members, 1 guests, 0 anonymous users