pcb多層板散熱技巧解析

 

 

 

　　一、電路板散熱方式

 

 

 

　　1 通過PCB線路板本身散熱

 

 

 

　　目前廣泛應(yīng)用的PCB多層板材是覆銅/環(huán)氧玻璃布基材或酚醛樹脂玻璃布基材，還有少量使用的紙基覆銅板材。這些基材雖然具有優(yōu)良的電氣性能和加工性能，但散熱性差，作為高發(fā)熱元件的散熱途徑，幾乎不能指望由PCB線路板本身樹脂傳導(dǎo)熱量，而是從元件的表面向周圍空氣中散熱。但隨著電子產(chǎn)品已進(jìn)入到部件小型化、高密度安裝、高發(fā)熱化組裝時代，若只靠表面積十分小的元件表面來散熱是非常不夠的。同時由于QFP、BGA等表面安裝元件的大量使用，元器件產(chǎn)生的熱量大量地傳給PCB線路板多層板，因此，解決散熱的最好方法是提高與發(fā)熱元件直接接觸的PCB線路板自身的散熱能力，通過PCB線路板多層板傳導(dǎo)出去或散發(fā)出去。

 

 

 

　　2 高發(fā)熱器件加散熱器、導(dǎo)熱板

 

 

 

　　當(dāng)PCB線路板中有少數(shù)器件發(fā)熱量較大時(少于3個)時，可在發(fā)熱器件上加散熱器或?qū)峁?，?dāng)溫度還不能降下來時，可采用帶風(fēng)扇的散熱器，以增強(qiáng)散熱效果。當(dāng)發(fā)熱器件量較多時(多于3個)，可采用大的散熱罩(板)，它是按PCB線路板多層板上發(fā)熱器件的位置和高低而定制的專用散熱器或是在一個大的平板散熱器上摳出不同的元件高低位置。將散熱罩整體扣在元件面上，與每個元件接觸而散熱。但由于元器件裝焊時高低一致性差，散熱效果并不好。通常在元器件面上加柔軟的熱相變導(dǎo)熱墊來改善散熱效果。

 

 

 

pcb線路板多層板散熱技巧

 

 

 

　　3 對于采用自由對流空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路(或其他器件)按縱長方式排列，或按橫長方式排列。

 

 

 

　　4 采用合理的走線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)散熱

 

 

 

　　由于板材中的樹脂導(dǎo)熱性差，而銅箔線路和孔是熱的良導(dǎo)體，因此提高銅箔剩余率和增加導(dǎo)熱孔是散熱的主要手段。

 

blob.png

 

　　評價PCB線路板的散熱能力，就需要對由導(dǎo)熱系數(shù)不同的各種材料構(gòu)成的復(fù)合材料一一PCB線路板用絕緣基板的等效導(dǎo)熱系數(shù)(九eq)進(jìn)行計(jì)算。

 

 

 

　　5 同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處)，發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等)放在冷卻氣流最下游。

 

 

 

　　6 在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時對其他器件溫度的影響。

 

 

 

　　7 設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動，所以在設(shè)計(jì)時要研究空氣流動路徑，合理配置器件或印制電路板。空氣流動時總是趨向于阻力小的地方流動，所以在印制電路板上配置器件時，要避免在某個區(qū)域留有較大的空域。整機(jī)中多塊印制電路板的配置也應(yīng)注意同樣的問題。

 

 

 

　　8 對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區(qū)域(如設(shè)備的底部)，千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方，多個器件最好是在水平面上交錯布局。

 

 

 

　　9 將功耗最高和發(fā)熱最大的器件布置在散熱最佳位置附近。不要將發(fā)熱較高的器件放置在印制板的角落和四周邊緣，除非在它的附近安排有散熱裝置。在設(shè)計(jì)功率電阻時盡可能選擇大一些的器件，且在調(diào)整印制板布局時使之有足夠的散熱空間。

 

 

 

　　10 避免PCB線路板上熱點(diǎn)的集中，盡可能地將功率均勻地分布在PCB線路板多層板上，保持PCB線路板表面溫度性能的均勻和一致。往往設(shè)計(jì)過程中要達(dá)到嚴(yán)格的均勻分布是較為困難的，但一定要避免功率密度太高的區(qū)域，以免出現(xiàn)過熱點(diǎn)影響整個電路的正常工作。如果有條件的話，進(jìn)行印制電路的熱效能分析是很有必要的，如現(xiàn)在一些專業(yè)PCB線路板設(shè)計(jì)軟件中增加的熱效能指標(biāo)分析軟件模塊，就可以幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。