PCB科技 - 關於一種適用於耐高溫的印刷電路板

我們都知道, 設計師們正在從中擠出更多的效能 印刷電路板. 功率密度正在上升, 隨後的高溫會對導體和電介質造成嚴重損壞. 溫度升高，無論是由於I2R損耗還是環境因素，都會影響熱阻和電阻, 導致系統性能不穩定, 即使不是完全失敗. 這個 difference in thermal expansion rates between conductors 和 dielectrics (a measure of the tendency of a 材料 to expand when heated and contract when cooled) can cause mechanical stress, 這可能導致裂紋和連接故障, 尤其是當電路板定期加熱和冷卻時 . 如果溫度足够高, 電介質可能完全失去其結構完整性, 讓第一個多米諾骨牌陷入麻煩.

熱一直是影響 PCB效能. 設計者習慣於在PCB中包含散熱器. 然而, 當今的高功率密度設計要求往往壓倒了傳統的PCB熱管理實踐.

減輕高溫影響不僅會對高溫PCB的效能和可靠性產生深遠影響，還會對以下因素產生影響：

部件（或系統）重量

應用程序大小

費用

功率要求

高溫PCB通常定義為Tg（玻璃化轉變溫度）高於170°C的PCB。

對於連續熱負荷，在Tg 25°C以下的工作溫度下，高溫PCB應遵循簡單的經驗法則。

囙此，如果您的產品在130°C或更高的溫度範圍內，建議使用高Tg資料。

在本文中，我們將討論高溫PCB製造和PCBA中使用的一些設計方法和科技，以幫助設計師應對高溫應用。

PCB散熱科技與設計考慮

熱量通過一個或多個機制（輻射、對流、傳導）耗散，設計團隊在决定如何管理系統和組件的溫度時必須牢記這3個因素。

重型銅板

輻射

輻射是以電磁波的形式發射能量。 我們傾向於認為它只會發光，但事實是，任何溫度高於絕對零度的物體都會輻射熱量。 雖然散熱通常對電路板的效能影響最小，但有時可能是壓垮駱駝背的稻草。 為了有效地去除熱量，電磁波應該有一個相對清晰的路徑遠離熱源。 反射表面封锁光子流出，並在其源處重新組合大量光子。 如果不幸的是，反射表面一起形成抛物面鏡效應，它們將集中許多光源的輻射能，並將其聚焦在系統的不幸部分，從而造成真正的麻煩。

對流

對流將熱量傳遞給流體（空氣、水等）。 對流是“自然的”：流體從熱源吸收熱量，密度降低，從熱源上升到散熱器，冷卻，密度新增，然後返回熱源，然後重複該過程。 （回想小學的“降雨迴圈”）其他對流是由風扇或泵“強迫”的。 影響對流的關鍵因素是熱源和冷卻劑之間的溫差、熱源傳熱的困難、冷卻劑吸熱的困難、冷卻劑的流速和傳熱表面積。 液體比氣體更容易吸收熱量。

電導率

傳導是通過熱源和散熱器之間的直接接觸進行的熱量傳遞。 在許多方面，它類似於電流：源和匯之間的溫差類似於電壓，組織時間內傳遞的熱量類似於安培數，熱通過導熱體的難易程度類似於電流。 電導率。 事實上，構成良好導電體的因素通常也構成良好的熱導體，因為它們都代表分子或原子運動的形式。 例如，銅和鋁是優良的導熱體和導電體。 較大的導體橫截面可以新增熱量和電子的電導率。 就像電路一樣，長而曲折的流動路徑會嚴重降低導體的效率。

通常地, 從電路板上散熱的主要機制是將熱量傳導到合適的散熱器, and 對流 向環境導熱. 熱量直接從熱源輻射出一些熱量, but most of the heat is usually taken away through specially designed channels (called "hot aisles" or "hot aisles"). 這個 PCB散熱器 is relatively large and has a high emissivity surface (usually corrugated or finned to further increase the surface area), bonding with a conductive (such as copper or aluminum) backing, 這是一個勞動密集型的過程 . The PCB散熱器 也可以連接到設備的主機殼以利用其表面積. 風扇通常用於提供冷卻氣流. 在極端情况下, 冷卻空氣本身可以在氣液熱交換器中冷卻.