L'hacking della progettazione termica PCB diventa caldo e pesante

Grazie alla crescita relativamente recente di servizi di produzione di schede a prezzi accessibili, molte delle persone che leggono Hackaday stanno imparando solo ora i rudimenti della progettazione PCB. Per coloro che producono ancora l'equivalente FR4 di "Hello World", è già un risultato sufficiente che tutte le tracce vadano dove dovrebbero. Ma alla fine i tuoi progetti diventeranno più ambiziosi e con questa complessità aggiuntiva arriveranno naturalmente nuove considerazioni sulla progettazione. Ad esempio, come si impedisce a un PCB di bruciarsi nelle applicazioni ad alta corrente?

È proprio a questa domanda che Mike Jouppi sperava di contribuire a rispondere quando ha ospitato l'Hack Chat della scorsa settimana. È un argomento che prende molto sul serio, tanto da aver fondato una società chiamata Thermal Management LLC dedicata ad aiutare gli ingegneri ad affrontare i problemi di progettazione termica dei PCB. Ha inoltre presieduto allo sviluppo di IPC-2152, uno standard per il corretto dimensionamento delle tracce delle schede in base alla quantità di corrente che dovranno trasportare. Non è il primo standard che viene toccato sull'argomento, ma è sicuramente il più moderno e completo.

È comune per molti designer, che possono fare riferimento a dati che in alcuni casi risalgono agli anni '50, semplicemente sovradimensionare le proprie tracce per cautela. Spesso questo si basa su concetti che secondo Mike la sua ricerca ha riscontrato essere imprecisi, come il presupposto che le tracce interne di un PCB tendono a diventare più calde di quelle esterne. Il nuovo standard è progettato per aiutare i progettisti a evitare queste potenziali insidie, anche se nota che è ancora un analogo imperfetto per il mondo reale; è necessario prendere in considerazione dati aggiuntivi come la configurazione di montaggio per avere un'idea migliore delle proprietà termiche di una scheda.

Anche con un argomento così complesso, ci sono alcuni suggerimenti sufficientemente applicabili da tenere a mente. Mike afferma che le proprietà termiche del substrato saranno sempre scarse rispetto al rame, quindi l'utilizzo di piani interni in rame può aiutare a condurre il calore attraverso la scheda. Quando si ha a che fare con parti SMD che producono molto calore, è possibile utilizzare grandi vie placcate in rame per creare un percorso termico parallelo.

Verso la fine della chat, Thomas Shaddack interviene con un'idea interessante: poiché la resistenza di una traccia aumenta man mano che diventa più calda, questa resistenza potrebbe essere utilizzata per determinare la temperatura delle tracce interne del PCB che altrimenti sarebbero difficili da misurare? Mike dice che il concetto è valido, anche se se si desidera ottenere una lettura accurata, è necessario conoscere la resistenza nominale della traccia rispetto alla quale effettuare la calibrazione. Sicuramente qualcosa da tenere a mente per il futuro, soprattutto se non si dispone di una termocamera che consenta di scrutare gli strati interni di un PCB.

Sebbene le Hack Chat siano spesso piuttosto informali, questa volta abbiamo notato alcune domande piuttosto mirate. Chiaramente c'erano persone là fuori con problemi molto specifici che avevano bisogno di assistenza. Può essere difficile affrontare tutte le sfumature di un problema complesso in una chat pubblica, quindi in alcuni casi sappiamo che Mike ha contattato direttamente i partecipanti per poter discutere con loro i problemi individualmente.

Anche se non possiamo sempre promettere che riceverai questo tipo di servizio personalizzato, riteniamo che sia una testimonianza delle opportunità di networking uniche disponibili per coloro che prendono parte alla Hack Chat, e ringraziamo Mike per aver fatto quello sforzo in più per assicurarsi che tutti siano alle domande è stata data risposta al meglio delle sue capacità.

The Hack Chat è una sessione di chat online settimanale ospitata dai maggiori esperti provenienti da tutti gli angoli dell'universo dell'hacking hardware. È un ottimo modo per gli hacker di connettersi in modo divertente e informale, ma se non riesci a farlo dal vivo, questi post di panoramica e le trascrizioni pubblicate su Hackaday.io ti assicurano di non perderti nulla.