PCB厂家讲解PCB板的热设计

PCB厂家讲解PCB板的热设计

电子设备运行过程中产生的热量使设备内部温度迅速升高。 如果热量不及时散发，设备的温度会持续升高，元件会因过热而失效，电子设备的可靠性会下降。 因此，对电路板进行加热非常重要。

一、PCB温升因素分析

PCB温升的直接原因是电路功耗器件的存在，电子器件都有不同程度的功耗，且发热强度随功耗的不同而不同。

PCB温升的两种现象：

(1)局部温升或大面积温升；

(2)短时间升温或长时间升温。

在分析PCB热功耗时，一般从以下几个方面进行分析：

1. 电力消耗

(1)分析单位面积的耗电量；

(2)分析PCB上的功耗分布。

2.印制板的结构

(1)印制板尺寸；

(2)印制板材料。

3.印制板安装方法

(1)安装方式(如立式安装、卧式安装)；

(2)密封状况及距外壳的距离。

4.热辐射

(1)印制板表面辐射系数；

(2)印制板与相邻表面的温差及其绝对温度；

5.热传导

(1)安装散热器；

(2)其他安装结构的导通。

6.热对流

(1)自然对流；

(2)强制对流冷却。

对PCB的上述因素进行分析，是解决PCB温升的有效途径。 这些因素在产品和系统中通常是相互关联和依赖的。 大多数因素应根据实际情况进行分析。 只有针对具体的实际情况，才能正确计算或估算出温升、功耗等参数。

二、电路板冷却方式

1.高发热体加散热器及导热板

当PCB中发热能力较大的元件较少（小于3个）时，可在发热元件上加散热器或传热管。 当温度无法降低时，可以使用带风扇的散热器来增强散热效果。 当加热装置较多（3个以上）时，可采用较大的散热罩（板）。 它是根据PCB板上发热器件的位置和高度定制的专用散热器，或者可以在大型平板散热器上挑选不同的元件高低位置。 将隔热罩整体扣在元件表面，并与各个元件接触散热。 但由于组装、焊接时元件一致性差，散热效果不佳。 通常会在元件表面添加软质热相变导热垫，以提高散热效果。

2、通过PCB散热

目前广泛使用的PCB板是覆铜板/环氧玻璃布基板或酚醛树脂玻璃布基板，也有少数纸基覆铜板。 尽管这些基板具有优异的电气和加工性能，但散热性较差。 作为高发热元件的散热方式，它们很难指望从PCB本身的树脂传导热量，而是将热量从元件表面散发到周围空气中。 然而，随着电子产品进入小型化、元件高密度安装、高发热组装时代，仅仅依靠表面积很小的元件表面进行散热是不够的。 同时，由于QFP、BGA等表面贴装元件的大量使用，元件产生的大量热量被转移到PCB板上。 因此，解决散热的最佳方法是提高与发热元件直接接触的PCB本身的散热能力，通过PCB板传导或散发。

3、采用合理的布线设计，实现散热

由于片材中的树脂导热性能较差，而铜箔线路和孔是热的良导体，因此提高铜箔残留率和增加导热孔是散热的主要手段。

为了评估PCB的散热能力，需要计算PCB绝缘基板的等效导热系数（9eq），PCB是由多种不同导热系数的材料组成的复合材料。

4、对于采用自然对流空气冷却的设备，集成电路（或其他器件）最好纵向或横向布置。

5、同一印制板上的元件应根据其发热量和散热程度尽可能分区排列。

 发热量低或耐热性差的元件（如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容器等）应放置在冷却气流的顶部（入口），发热量高的元件应放置在冷却气流的顶部（入口）。 值或耐热性好的器件（如功率晶体管、大规模集成电路等）应放置在冷却气流的底部。

6、水平方向上，大功率器件应尽量靠近印制板边缘布置，以缩短传热路径； 在垂直方向上，大功率器件应尽可能靠近印制电路板顶部布置，以减少这些器件在工作时对其他器件温度的影响。

7、对温度敏感的器件应放置在温度最低的区域（如设备底部），不要放置在发热器件的正上方。 多台设备应在水平面上错开布置。

8、设备内印刷电路板的散热主要依靠气流，因此设计时应研究气流路径，合理配置器件或印刷电路板。 空气流动时，总是倾向于流向阻力小的地方。 因此，在PCB上配置元器件时，要避免在某一区域留有较大的空间。