PCB板的熱設計

2021-10-18

Author：Aure

1 熱量的重要性 PCB設計

除了有用的功之外，電子設備消耗的大部分電能都轉化為熱輻射。電子設備產生的熱量使內部溫度迅速上升。如果不及時散熱，設備將繼續升溫，元件將因過熱而失效，電子設備的可靠性將下降。表面貼裝科技新增了電子設備的安裝密度，减少了有效冷卻面積，嚴重影響了設備溫昇的可靠性。囙此，研究熱設計具有重要意義。

PCB板

2. 印刷電路板 溫昇係數分析

電路板溫昇的直接原因是電路功率器件的存在，電子器件有不同程度的功耗，加熱强度隨功耗而變化。

印製板中的兩種溫昇現象：

（1）局部或大面積溫昇；

（2）短期溫昇或長期溫昇。

在PCB熱功率分析中，一般從以下幾個方面進行分析。

2.1電力消耗

（1）組織面積功耗分析；

（2）分析PCB板上的功耗分佈。

2.2印製板結構

（1）印製板尺寸；

（2）印製板資料。

2.3印製板安裝方法

（1）安裝方法（如垂直安裝、水准安裝）；

（2）密封條件和與殼體的距離。

2.4熱輻射

（1）印製板表面輻射係數；

（2）印製板和相鄰表面之間的溫差及其絕對溫度；

2.5熱傳導

（1）安裝散熱器；

（2）其他安裝結構件的傳導。

2.6對流換熱

（1）自然對流；

（2）強制冷卻對流。

從PCB上分析上述因素是解决印製板溫昇的有效途徑，在一個產品和系統中，這些因素往往是相互關聯和依存的，大多數因素都應該根據實際情況進行分析，只有針對特定的實際情況才能正確計算或估計溫昇和功耗等參數。

3、熱設計原則

3.1選擇資料

（1）通過PCB導線的電流加上規定的環境溫度引起的溫昇不得超過125℃（常用典型值）。取決於所選的板）。由於安裝在印製板上的組件也會釋放一些熱量，從而影響工作溫度，囙此在選擇資料和設計印製板時應考慮這些因素。熱點溫度不應超過125攝氏度。如果可能，請選擇較厚的覆銅箔。

（2）特殊情况下可選用鋁基、陶瓷基等小熱阻板。

（3）多層板結構的使用有利於PCB的熱設計。

3.2確保散熱通道暢通

（1）充分利用元器件佈局、銅皮、視窗和散熱孔等科技，建立合理有效的低熱阻通道，確保熱量能够順利輸出到PCB。

（2）通孔散熱設定

設計一些散熱通孔和盲孔，可以有效地提高散熱面積，降低熱阻，提高電路板的功率密度。如在LCCC裝置上的焊盤上設定通孔。在電路生產過程中，填充焊料以提高導熱性，電路工作時產生的熱量可以快速傳遞到金屬散熱層或背面的銅墊。在某些特定情况下，特別設計和使用的具有散熱層的電路板，散熱資料通常是銅/鉬和其他資料，例如某些模組電源中使用的印製板。

（3）導熱資料的使用

為了降低導熱過程中的熱阻，在大功率器件與基板之間的接觸面上使用導熱資料以提高導熱效率。

（4）工藝方法

為了改善散熱條件，可以在錫膏中混合少量細銅，回流焊後裝置下方的焊點將具有一定高度。設備和印製板之間的間隙增大，新增了對流散熱。

3.3部件佈局要求

（1）對PCB進行軟件熱分析，設計並控制最大內部溫昇；

（2）高發熱和高輻射的組件可以專業設計安裝在印製板上；

（3）板的熱容分佈均勻。注意不要集中分佈大功率消耗設備。如果不可避免，則應將高部件放置在氣流的上游，並確保足够的冷卻氣流通過熱耗集中區；

（4）使傳熱路徑盡可能短；

（5）使傳熱截面盡可能大；

（6）部件的佈局應考慮熱輻射對周圍部件的影響。熱敏元件和組件（包括半導體器件）應遠離熱源或隔離；

（7）（液體介質）電容器最好遠離熱源；