¿Es apropiado usar una capa interna como cama de calor si quiero calentar mi PCB multicapa?

Necesito diseñar un circuito para calentar mi PCB. Hay muchas formas de construir dicho circuito. Pero aprendí de una publicación " Calentamiento de PCB en un ambiente de baja temperatura " que tal vez pueda usar trazas como calentador.

Mi primera idea es usar una de las capas internas como una cama de calor y colocar rastros de cobre allí. He buscado en Internet por un tiempo, pero no puedo encontrar ninguna nota de aplicación o discusión sobre este tema.

Entonces mi pregunta es: ¿es bueno o apropiado usar la capa interna como cama de calor? Si no, ¿alguna desventaja?

(No estoy familiarizado con el proceso de fabricación de placas de PCB. Por lo tanto, no estoy tan seguro de si podría colocar rastros en la capa interna)

— billyzhao
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Idea fascinante. No puedo ver por qué no iba a funcionar, siempre y cuando su ruta traza calentador de eludir las vías, a través de los orificios pasantes, etc.

— Nick Johnson

Buena idea. Sin embargo, me pregunto si tendrías que tomar medidas para asegurarte de que se caliente de manera uniforme. Si hay un componente grande y pesado en una esquina del tablero, tal vez tendrías que concentrar los rastros de calefacción allí para que no haya gradientes de temperatura realmente agudos. No sé si realmente hay algún peligro asociado con el calentamiento desigual, pero puedo ver dónde podría estar, pero alguien que realmente conozca la física / mecánica de las placas de PC tendría que decir.

— JRE

Se trata de gradientes de calor. Si son lo suficientemente pequeños para todos los materiales, entonces no hay nada de qué preocuparse.

— PlasmaHH

@PlasmaHH: ¿Entonces es muy difícil lidiar con los gradientes de calor? Porque parece que nadie ha hecho experimentos relacionados y artículos publicados.

— billyzhao

@billyzhao: Lo he visto en muchos lugares, aunque no conozco ninguna publicación. La forma en que maneja los gradientes de calor es que no superen un límite específico.

— PlasmaHH

Respuestas:

Creo que podrías hacer esto. Sugiera pistas serpentinas que no formen una bobina para que el campo magnético no sea especialmente fuerte. Puede protegerse electrostáticamente con un plano de tierra, pero el campo magnético lo atravesará todo, por lo que si tiene circuitos sensibles puede necesitar filtrar el PWM a algo más como CC (no es realmente un gran problema, solo algunos inductores y condensadores) .

El espesor de cobre y la resistividad y el grabado de las trazas finas no están tan bien controlados, pero +/- 20% no es un gran problema en un calentador (y es posible que pueda obtener eso repetidamente).

Personalmente, usaría un termistor SMT barato para el sensor, suponiendo que solo desee controlar a una temperatura. Solo péguelo y funcionará. Habrá suficiente emoción para que el calentador funcione bien.

Aquí hay un ejemplo de un patrón utilizado en un calentador de película comercial:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El tuyo tendría que correr por los agujeros pasantes, pero si derrochas en vias ciegas, eso podría minimizarse.

— Spehro Pefhany
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Gracias. He elegido un termistor adecuado. La corriente que atraviesa las trazas es directamente de una fuente de alimentación de CC. Entonces, tal vez no necesito considerar el campo magnético, ¿verdad?

— billyzhao

Sí, solo debería afectar las cosas momentáneamente cuando lo cambie. Es posible que desee agregar alguna histéresis para que no cambie con demasiada frecuencia (u oscile debido a una pequeña retroalimentación no anticipada).

— Spehro Pefhany

Incluso puede hacer una larga espiral de una traza delgada en algunos lugares y usarlos como sensores térmicos. Requerirá un poco de experimentación, pero puede funcionar muy bien para construir una placa con temperatura controlada como esa. La deriva térmica en la resistencia en cobre es de solo 3.9 * 10 ^ -3, por lo que si puede hacer una traza de 10 ohmios a 20 grados C, será de aproximadamente 12.3 ohmios a 80 grados C. Sin duda, una diferencia detectable, pero no más fácil

(puede usar la calculadora al final de esta página )

También puede colocar algunos módulos PTC o NTC en una de las superficies :-) Pero eso es menos impresionante / mágico :-P

Como @PlasmaHH sugiere en un comentario, debe tener cuidado de no comenzar a bombear energía, para evitar que ocurran grandes diferenciales. Si agrega cantidades bajas a medias de energía a la capa intermedia, esa energía puede tener tiempo para disiparse de manera uniforme.

Puede ayudar a la disipación de la energía dejando el cobre entre las trazas de calentamiento que pueden llevar el exceso de calor de un punto sin componentes a un lugar con muchos. Puede ayudarlo aún más colocando la calefacción entre dos aviones de potencia casi sólidos, pero no espero que sea necesario. La conductividad térmica de los materiales FR4 también es muy decente.

Simplemente no quite el cobre que no necesita para calentar, eso ayudará mucho, y si puede conectarlos a un rastro o plano de tierra seguro: en primer lugar, eso conducirá el calor a ese avión , lo que ayuda, pero también evita resonancias y cosas así cuando comienza a calentar con PWM.

— Asmyldof
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Buena idea usar los rastros como sensores: incluso puede combinar los dos y medir la resistencia de los rastros de calefacción para determinar qué tan calientes están.

— Nick Johnson

@NickJohnson Lo que puede hacer por la corriente que fuerza, de hecho, pero sería un efecto promedio compuesto a lo largo de la longitud, a menos que localice la producción de calor. Eso también tiene ventajas si puede sacrificar un par de pines adicionales en un controlador, para permitirle calentar localmente más o menos.

— Asmyldof

Entonces, ¿quieres decir que mi idea es práctica?

— billyzhao

@billyzhao Traduciendo la respuesta de Asmyldof: "Sí, y aquí hay algunas ideas sobre cómo mejorarlo y evitar posibles problemas".

— JRE

No recomendaría PWM al calentador, estaría induciendo todo tipo de ruido eléctrico en sus circuitos. Debe calcular la cantidad de energía que necesita para mantener una temperatura de PCB determinada y aplicar una CC pequeña durante mucho tiempo para proporcionar esa energía.

— Guill