PCB廠家講解PCB板的熱設(shè)計(jì)

電子設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量使設(shè)備內(nèi)部溫度迅速升高。 如果熱量不及時(shí)散發(fā)，設(shè)備的溫度會(huì)持續(xù)升高，元件會(huì)因過(guò)熱而失效，電子設(shè)備的可靠性會(huì)下降。 因此，對(duì)電路板進(jìn)行加熱非常重要。

一、PCB溫升因素分析

PCB溫升的直接原因是電路功耗器件的存在，電子器件都有不同程度的功耗，且發(fā)熱強(qiáng)度隨功耗的不同而不同。

PCB溫升的兩種現(xiàn)象：

(1)局部溫升或大面積溫升；

(2)短時(shí)間升溫或長(zhǎng)時(shí)間升溫。

在分析PCB熱功耗時(shí)，一般從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

1. 電力消耗

(1)分析單位面積的耗電量；

(2)分析PCB上的功耗分布。

2.印制板的結(jié)構(gòu)

(1)印制板尺寸；

(2)印制板材料。

3.印制板安裝方法

(1)安裝方式(如立式安裝、臥式安裝)；

(2)密封狀況及距外殼的距離。

4.熱輻射

(1)印制板表面輻射系數(shù)；

(2)印制板與相鄰表面的溫差及其絕對(duì)溫度；

5.熱傳導(dǎo)

(1)安裝散熱器；

(2)其他安裝結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通。

6.熱對(duì)流

(1)自然對(duì)流；

(2)強(qiáng)制對(duì)流冷卻。

對(duì)PCB的上述因素進(jìn)行分析，是解決PCB溫升的有效途徑。 這些因素在產(chǎn)品和系統(tǒng)中通常是相互關(guān)聯(lián)和依賴的。 大多數(shù)因素應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析。 只有針對(duì)具體的實(shí)際情況，才能正確計(jì)算或估算出溫升、功耗等參數(shù)。

二、電路板冷卻方式

1.高發(fā)熱體加散熱器及導(dǎo)熱板

當(dāng)PCB中發(fā)熱能力較大的元件較少（小于3個(gè)）時(shí)，可在發(fā)熱元件上加散熱器或傳熱管。 當(dāng)溫度無(wú)法降低時(shí)，可以使用帶風(fēng)扇的散熱器來(lái)增強(qiáng)散熱效果。 當(dāng)加熱裝置較多（3個(gè)以上）時(shí)，可采用較大的散熱罩（板）。 它是根據(jù)PCB板上發(fā)熱器件的位置和高度定制的專用散熱器，或者可以在大型平板散熱器上挑選不同的元件高低位置。 將隔熱罩整體扣在元件表面，并與各個(gè)元件接觸散熱。 但由于組裝、焊接時(shí)元件一致性差，散熱效果不佳。 通常會(huì)在元件表面添加軟質(zhì)熱相變導(dǎo)熱墊，以提高散熱效果。

2、通過(guò)PCB散熱

目前廣泛使用的PCB板是覆銅板/環(huán)氧玻璃布基板或酚醛樹脂玻璃布基板，也有少數(shù)紙基覆銅板。 盡管這些基板具有優(yōu)異的電氣和加工性能，但散熱性較差。 作為高發(fā)熱元件的散熱方式，它們很難指望從PCB本身的樹脂傳導(dǎo)熱量，而是將熱量從元件表面散發(fā)到周圍空氣中。 然而，隨著電子產(chǎn)品進(jìn)入小型化、元件高密度安裝、高發(fā)熱組裝時(shí)代，僅僅依靠表面積很小的元件表面進(jìn)行散熱是不夠的。 同時(shí)，由于QFP、BGA等表面貼裝元件的大量使用，元件產(chǎn)生的大量熱量被轉(zhuǎn)移到PCB板上。 因此，解決散熱的最佳方法是提高與發(fā)熱元件直接接觸的PCB本身的散熱能力，通過(guò)PCB板傳導(dǎo)或散發(fā)。

3、采用合理的布線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)散熱

由于片材中的樹脂導(dǎo)熱性能較差，而銅箔線路和孔是熱的良導(dǎo)體，因此提高銅箔殘留率和增加導(dǎo)熱孔是散熱的主要手段。

為了評(píng)估PCB的散熱能力，需要計(jì)算PCB絕緣基板的等效導(dǎo)熱系數(shù)（9eq），PCB是由多種不同導(dǎo)熱系數(shù)的材料組成的復(fù)合材料。

4、對(duì)于采用自然對(duì)流空氣冷卻的設(shè)備，集成電路（或其他器件）最好縱向或橫向布置。

5、同一印制板上的元件應(yīng)根據(jù)其發(fā)熱量和散熱程度盡可能分區(qū)排列。

 發(fā)熱量低或耐熱性差的元件（如小信號(hào)晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容器等）應(yīng)放置在冷卻氣流的頂部（入口），發(fā)熱量高的元件應(yīng)放置在冷卻氣流的頂部（入口）。 值或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等）應(yīng)放置在冷卻氣流的底部。

6、水平方向上，大功率器件應(yīng)盡量靠近印制板邊緣布置，以縮短傳熱路徑； 在垂直方向上，大功率器件應(yīng)盡可能靠近印制電路板頂部布置，以減少這些器件在工作時(shí)對(duì)其他器件溫度的影響。

7、對(duì)溫度敏感的器件應(yīng)放置在溫度最低的區(qū)域（如設(shè)備底部），不要放置在發(fā)熱器件的正上方。 多臺(tái)設(shè)備應(yīng)在水平面上錯(cuò)開布置。

8、設(shè)備內(nèi)印刷電路板的散熱主要依靠氣流，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)研究氣流路徑，合理配置器件或印刷電路板。 空氣流動(dòng)時(shí)，總是傾向于流向阻力小的地方。 因此，在PCB上配置元器件時(shí)，要避免在某一區(qū)域留有較大的空間。