PCBトレースの温度上昇を5/10/20°Cに制限する一般的な知恵の背後にある理由は何ですか？

PCBに一定量の電流を流すために必要なトレースの厚さを決定するとき、答えは許容できる温度上昇に依存します。これにより、設計者は、どの程度の温度上昇が妥当かを判断しようとする困難な状況に陥ります。一般的な経験則は、どの程度保守的になりたいかに応じて、5°C、10°C、または20°Cを超えない温度上昇を許可することです。これらの数値は、パワートランジスタ、IC、電力抵抗器、またはその他の熱放散コンポーネントの最大温度上昇（60℃以上）に比べて著しく小さいようです。これらの数字の背後にある理由は何ですか？

私が考えた考えられる理由：

• PCB材料の最高温度。ほとんどのFR4タイプの材料では、これは約130°Cです。65°Cの非常に控えめな周囲温度（シャシー内部）を考慮しても、さらに65°Cの温度上昇が可能になります。
• コンポーネントのさらなる温度上昇を可能にします。たとえば、SMT MOSFETの温度が80°C上昇する場合、周囲のPCBの温度のために、周囲温度より40°C高い温度から起動することは望ましくありません。ただし、これは状況に依存しすぎているため、経験則ではありません。たとえば、ヒートシンクを使用したスルーホールMOSFETの場合、リード線を流れる熱の流れはヒートシンクを介して流れる熱のほんの一部であるため、PCBの温度は重要な問題ではありません。SMTパーツを使用しても、その長さの大部分で大量の熱を放散する細いトレースを使用できますが、コンポーネントに到達する前にそのトレースを広げることができます。
• PCB材料の熱膨張。PCBが熱くなると、材料が膨張します。PCBのさまざまな部分がさまざまな量の熱にさらされると、これによりボードが曲がり、はんだ接合部に亀裂が生じる可能性があります。ただし、PCBは、取り付けられたコンポーネントの電力消費により、これよりも高い温度差に定期的にさらされるため、これは答えのようには見えません。
• 古い規格。おそらく、5/10/20°Cの制限は数年前に考えられ、現在のPCB材料にはもはや適用されていませんが、誰もがそれについて考えずにそれらを追い続けています。たとえば、おそらく古いフェノール板材は、現代のグラスファイバーよりも耐熱性が低いかもしれません。

別の言い方をすれば、20°Cの温度上昇は私の設計にとってはあまりにも制限的であると感じたとします。代わりに、40°Cの温度上昇を許可することに決めた場合、短期または長期の信頼性の問題が発生する可能性がありますか？

ボーナスは、数字の根拠を示す基準を引用できる人、またはそれらの数字が選ばれた理由の歴史的証拠を持っている人を指します。

電流の温度上昇など、PCBトレースの幅の設計には多くのことが含まれます。その他には、電圧降下、インピーダンス、PCB製造能力、コスト、実装密度があります。

ただし、温度上昇は当然「超過しない」仕様の1つです。

経験則としては、ほとんどの場合それに従うべきです。慎重に計算すれば、より高い上昇が許可されるエッジケースを常に見つけることができます。

経験則の利点の一部は、従えば、計算にあまり注意を払う必要がなく、すでにルールに大きなエラーのマージンが組み込まれていることです。

温度上昇の特性は、電流だけでなく、電流の2乗に比例することです。これにより、1つの特定の値を選択する重要性が軽減されます。20Cの上昇を与える電流は、10Cの上昇電流の2倍ではなく、10Cの上昇電流の1.4倍に過ぎません。10Cの上昇電流を2倍にすると、40Cの上昇になり、不快なほどに暖かく感じ始めます。

なぜボードをクールに実行するのですか？あらゆる種類の正当な理由。コンポーネントの冷却には、低い周囲温度が必要です。温度が上昇すると、コンポーネントの寿命は非常に急速に低下します。暖かい場所（明るい日光の下で車のキャビン内）で操作するためのマージンは良好です。デバッグし、回路上で指を動かしてトーストなコンポーネントを見つけると、ホットトレースに混乱します。

ボードをクールに実行する理由は1つもありません。また、20Cの上昇に対して10Cの上昇を選択する理由はありません。ただし、この「ルール」に従うことによって抑制されていると感じるデザイナーはほとんどいません。制限を設定するのはめったにありません。任意の温度上昇値に固執して仕様を達成できないコーナーケースで自分自身を見つけた場合は、すべてから全体を計算してテストし、寿命と高温の冷却にどのような影響が生じるかを確認します。

層状銅は、さまざまな温度範囲を開発するため、抵抗率について事前にテストされていません。非線形抵抗率の推移を示します。そのような温度は、最高温度が層の最終的な熱的充足を達成し、非常に長期間の使用のために元のPCBダイアグラムを残すために記載されています...