PCB廠家講解PCB板的熱設計

電子設備運行過程中產(chǎn)生的熱量使設備內(nèi)部溫度迅速升高。 如果熱量不及時散發(fā)，設備的溫度會持續(xù)升高，元件會因過熱而失效，電子設備的可靠性會下降。 因此，對電路板進行加熱非常重要。

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)短時間升溫或長時間升溫。

在分析PCB熱功耗時，一般從以下幾個方面進行分析：

1. 電力消耗

(1)分析單位面積的耗電量；

(2)分析PCB上的功耗分布。

2.印制板的結構

(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溫度；

5.熱傳導

(1)安裝散熱器；

(2)其他安裝結構的導通。

6.熱對流

(1)自然對流；

(2)強制對流冷卻。

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

二、電路板冷卻方式

1.高發(fā)熱體加散熱器及導熱板

當PCB中發(fā)熱能力較大的元件較少（小于3個）時，可在發(fā)熱元件上加散熱器或傳熱管。 當溫度無法降低時，可以使用帶風扇的散熱器來增強散熱效果。 當加熱裝置較多（3個以上）時，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，并與各個元件接觸散熱。 但由于組裝、焊接時元件一致性差，散熱效果不佳。 通常會在元件表面添加軟質(zhì)熱相變導熱墊，以提高散熱效果。

2、通過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)品進入小型化、元件高密度安裝、高發(fā)熱組裝時代，僅僅依靠表面積很小的元件表面進行散熱是不夠的。 同時，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PCB板傳導或散發(fā)。

3、采用合理的布線設計，實現(xiàn)散熱

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

為了評估PCB的散熱能力，需要計算PCB絕緣基板的等效導熱系數(shù)（9eq），PCB是由多種不同導熱系數(shù)的材料組成的復合材料。

4、對于采用自然對流空氣冷卻的設備，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（如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容器等）應放置在冷卻氣流的頂部（入口），發(fā)熱量高的元件應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）應放置在冷卻氣流的底部。

6、水平方向上，大功率器件應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對其他器件溫度的影響。

7、對溫度敏感的器件應放置在溫度最低的區(qū)域（如設備底部），不要放置在發(fā)熱器件的正上方。 多臺設備應在水平面上錯開布置。

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