PCB科技 - PCB溫昇和散熱因素

電子設備在運行過程中產生的熱量導致設備內部溫度迅速升高。 如果熱量沒有及時散發，設備將繼續升溫，設備將因過熱而發生故障，電子設備的可靠性將降低。 囙此，對印刷電路板進行散熱處理非常重要。

印刷電路板溫昇因素分析

pcb板溫度升高的直接原因是電路功耗器件的存在，電子器件的功耗水准不同，加熱强度隨功耗大小而變化。

印刷電路板中的兩種溫昇現象：

（1）局部溫昇或大面積溫昇；

（2）短期溫度上升或長期溫度上升。

在分析PCB電路板的熱功耗時，一般從以下幾個方面進行分析。

1.電力消耗

（1）分析組織面積用電量；

（2）分析電路板上的功耗分佈。

2.電路板的結構

（1）pcb板的尺寸；

（2）pcb基板資料。

3.如何安裝印刷電路板

（1）安裝方式（如垂直安裝、水准安裝）；

（2）密封條件和與外殼的距離。

4.熱輻射

（1）印刷電路板表面的發射率；

（2）印刷電路板和相鄰表面之間的溫差及其絕對溫度；

5.熱傳導

（1）安裝散熱器；

（2）其他安裝結構的傳導。

6.熱對流

（1）自然對流；

（2）強制冷卻對流。

從PCB電路板的角度分析上述因素是解决印刷電路板溫昇的有效途徑。 這些因素在產品和系統中往往相互關聯和依賴。 大部分因素應根據實際情況進行分析。 只有特定的實際情況才能更準確地計算或估計溫度上升和功耗等參數。

PCB電路板散熱方法

1.高發熱裝置加散熱器、導熱板

當PCB電路板中的少量元件產生大量熱量（少於3個）時，可以在加熱元件上添加散熱器或熱管。 當溫度無法降低時，可以使用帶風扇的散熱器來增强散熱效果。 當加熱裝置的數量較大（超過3個）時，可以使用大型散熱蓋（板），這是根據加熱裝置在PCB電路板上的位置和高度定制的特殊散熱器，或者是用於散熱的大型平板，在裝置上切割出不同高度的元件位置。 散熱蓋整體扣在組件表面，與每個組件接觸以散熱。 然而，由於組件組裝和焊接過程中高度的一致性較差，散熱效果不佳。 通常，在組件的表面添加一個柔軟的熱相變熱墊來提高散熱效果。

2.通過PCB電路板本身散熱

現時廣泛使用的PCB電路板是覆銅/環氧玻璃布基板或酚醛樹脂玻璃布基板，以及少量的紙質覆銅板。 儘管這些基板具有優异的電效能和加工效能，但它們的散熱性較差。 作為高發熱元件的散熱方法，幾乎不可能期望PCB電路板本身的樹脂散熱，而是將元件表面的熱量散發到周圍的空氣中。 然而，隨著電子產品進入元件小型化、高密度安裝和高發熱組裝的時代，僅僅依靠表面積非常小的元件表面散熱是不够的。 同時，由於QFP和BGA等表面貼裝元件的大規模使用，元件產生的熱量大量傳遞到PCB電路板上。 囙此，解决散熱問題的最佳方法是提高與加熱元件直接接觸的PCB本身的散熱能力。 電路板傳導或輻射。

3.採用合理的佈線設計，實現散熱

由於片材中的樹脂導熱性較差，而銅箔線和孔是良好的熱導體，囙此提高銅箔的剩餘率和新增導熱孔是散熱的主要手段。

為了評估PCB電路板的散熱能力，有必要計算由不同導熱係數的各種資料組成的複合材料的等效導熱係數（九當量），作為PCB電路板絕緣基板。

4.對於採用自由對流風冷的設備，最好垂直或水准排列集成電路（或其他設備）。

5.同一印刷電路板上的設備應盡可能根據其熱值和散熱程度進行佈置。 發熱量小或耐熱性差的設備（如小訊號電晶體、小型集成電路、電解電容器等）應放置在冷卻氣流的最上游（入口），發熱量或耐熱性大的設備（例如功率電晶體、大型集成電路等）應放在冷卻氣流的最下游。

6.在水平方向上，大功率器件盡可能靠近印刷電路板的邊緣佈置，以縮短傳熱路徑； 在垂直方向上，大功率器件盡可能靠近印刷電路板的頂部佈置，以减少這些器件對其他器件的影響。 溫度的影響。

7.溫度敏感器件最好放置在溫度最低的區域（如器件底部）。 切勿將其直接放置在加熱裝置上方。 最好在水平面上錯開多個設備。

8.設備中印刷電路板的散熱主要依靠氣流，囙此在設計時應研究氣流路徑，合理配置設備或印刷電路板。 當空氣流動時，它總是傾向於在阻力較低的地方流動，囙此在印刷電路板上配寘設備時，避免在某個區域留下較大的空間。 整臺機器中多塊印刷電路板的配寘也應注意同樣的問題。

9.避免PCB電路板上熱點集中，盡可能將電源均勻地分佈在PCB電路板，保持PCB電路板表面溫度效能的均勻一致。 在設計過程中通常很難實現嚴格的均勻分佈，但必須避免功率密度過高的區域，以防止熱點影響整個電路的正常運行。 如果可能的話，有必要分析印刷電路的熱效率。 例如，一些專業PCB電路板設計軟體中添加的熱效率名額分析軟體模塊可以幫助設計人員優化電路設計。

10.將功耗和發熱量最高的設備佈置在散熱最佳位置附近。 不要在印刷電路板的角落和週邊邊緣放置高發熱設備，除非附近有散熱器。在設計功率電阻器時，盡可能選擇較大的設備，並在調整印刷電路板佈局時使其有足够的散熱空間。

11.將高散熱器件與基板連接時，應盡可能降低它們之間的熱阻。 為了更好地滿足熱特性要求，可以在晶片的底面上使用一些導熱資料（如一層導熱矽膠），並為器件散熱保持一定的接觸面積。

12.器件與基板連接：

（1）儘量縮短設備的引線長度；

（2）在選擇大功率器件時，應考慮引線資料的導熱性，如果可能的話，儘量選擇截面最大的引線；

（3）選擇具有更多引脚的設備。

13.設備的包裝選擇：

（1）在考慮熱設計時，請注意設備的封裝描述及其導熱性；

（2）考慮在基板和器件封裝之間提供良好的熱傳導路徑；

（3）應避免熱傳導路徑中的空氣分離。 如果是這樣的話，可以使用導熱資料進行填充。