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電子設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，使設(shè)備內(nèi)部溫度迅速上升，若不及時(shí)將該熱量散發(fā)，設(shè)備會(huì)持續(xù)升溫，器件就會(huì)因過(guò)熱失效，電子設(shè)備的可靠性將下降。因此，對(duì)電路板進(jìn)行散熱處理十分重要。% N7 C$ l4 a1 D
; ]7 n! C8 X1 O" S- Z: K/ Q' G 印制電路板溫升因素分析# O9 K% A# D$ X4 C6 y& |( m
2 X4 t7 ], ^3 {( P1 |9 ]: X 引起印制板溫升的直接原因是由于電路功耗器件的存在，電子器件均不同程度地存在功耗，發(fā)熱強(qiáng)度隨功耗的大小變化。! j. |' x7 L: m. Y
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印制板中溫升的2種現(xiàn)象：
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(1)局部溫升或大面積溫升;; L4 O( [/ T9 H+ R
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(2)短時(shí)溫升或長(zhǎng)時(shí)間溫升。5 `0 s5 G1 @4 Q
! K' \+ j: O; J2 F5 `: f4 p 在分析PCB熱功耗時(shí)，一般從以下幾個(gè)方面來(lái)分析。0 h3 F- Y2 J8 c: m! S- A7 H
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1.電氣功耗
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4 _2 e+ T5 K8 J& j" O (1)分析單位面積上的功耗;/ t" l7 G+ \* C2 g+ t
2 |' k& r9 ^& k$ |( @) C* e (2)分析PCB電路板上功耗的分布。
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2.印制板的結(jié)構(gòu); |3 i( D+ M4 A' o3 J- m
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(1)印制板的尺寸;- n" \) i# ~% S
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(2)印制板的材料。
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/ ~. Z5 i& v$ m6 t" }' G 3.印制板的安裝方式
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(1)安裝方式(如垂直安裝，水平安裝);
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+ F& R! U3 J& D+ v5 M7 u5 t4 x (2)密封情況和離機(jī)殼的距離。7 j: M4 C+ c- ^1 c$ ~
' Y: u* s& d; v: \7 [# k, g 4.熱輻射
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(1)印制板表面的輻射系數(shù);
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: r* b1 E! C8 _: u (2)印制板與相鄰表面之間的溫差和他們的絕對(duì)溫度;6 G" u+ p h, L. Z2 R' M4 \
- P* v8 n' r1 {8 l1 |/ l! U( a' o 5.熱傳導(dǎo)
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(1)安裝散熱器;
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(2)其他安裝結(jié)構(gòu)件的傳導(dǎo)。- Q$ L* ~5 Z* K; {8 b8 B8 J2 s
, O1 e/ u; c; `' X3 a# F" t5 p 6.熱對(duì)流 A$ N3 v3 p3 J- h' H1 t8 g) q, L
: S) q \6 P" t6 p (1)自然對(duì)流;: b) D" T; _& q
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(2)強(qiáng)迫冷卻對(duì)流。% m( H4 Q; L. B2 o
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從PCB上述各因素的分析是解決印制板溫升的有效途徑，往往在一個(gè)產(chǎn)品和系統(tǒng)中這些因素是互相關(guān)聯(lián)和依賴(lài)的，大多數(shù)因素應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)分析，只有針對(duì)某一具體實(shí)際情況才能比較正確地計(jì)算或估算出溫升和功耗等參數(shù)。
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電路板散熱方式+ l9 N$ d# C5 \( p# {( Z
4 n7 e/ {' U7 m- i8 P1 \) P2 ~ 1.高發(fā)熱器件加散熱器、導(dǎo)熱板7 V0 [: b u' [" A! N/ H; A
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當(dāng)PCB中有少數(shù)器件發(fā)熱量較大時(shí)(少于3個(gè))，可在發(fā)熱器件上加散熱器或?qū)峁埽?dāng)溫度還不能降下來(lái)時(shí)，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(shí)(多于3個(gè))，可采用大的散熱罩(板)，它是按PCB板上發(fā)熱器件的位置和高低而定制的專(zhuān)用散熱器或是在一個(gè)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(gè)元件接觸而散熱。但由于元器件裝焊時(shí)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(lái)改善散熱效果。$ t, b- z) x; _7 ~4 r5 T- Y* g
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2.通過(guò)PCB板本身散熱( E; J8 T3 L; }" `- t8 Y
* Q7 N: \' B2 `/ X8 ~; K2 E 目前廣泛應(yīng)用的PCB板材是覆銅/環(huán)氧玻璃布基材或酚醛樹(shù)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本身樹(shù)脂傳導(dǎo)熱量，而是從元件的表面向周?chē)諝庵猩帷５S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(shí)代，若只靠表面積十分小的元件表面來(lái)散熱是非常不夠的。同時(shí)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自身的散熱能力，通過(guò)PCB板傳導(dǎo)出去或散發(fā)出去。' V z$ N5 _6 \, p
# S# p3 P6 N" F- g0 B0 y 3.采用合理的走線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)散熱
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由于板材中的樹(shù)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。* h3 Y# y/ M5 N E
- B( i; X# ?( E% M& l$ k# d" p5 ^ 評(píng)價(jià)PCB的散熱能力，就需要對(duì)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用絕緣基板的等效導(dǎo)熱系數(shù)(九eq)進(jìn)行計(jì)算。
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, z7 p5 M, |9 ` v' p 4.對(duì)于采用自由對(duì)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(zhǎng)方式排列，或按橫長(zhǎng)方式排列。
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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(hào)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。# z) T/ M+ ^0 k' u! J/ e2 q- n! {
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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(shí)對(duì)其他器件溫度的影響。* N3 U, C }1 X
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7.對(duì)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(wàn)不要將它放在發(fā)熱器件的正上方，多個(gè)器件最好是在水平面上交錯(cuò)布局。
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' [6 [2 Q! `5 {$ D# | q) R9 F 8.設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動(dòng)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要研究空氣流動(dòng)路徑，合理配置器件或印制電路板�？諝饬鲃�(dòng)時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動(dòng)，所以在印制電路板上配置器件時(shí)，要避免在某個(gè)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(wèn)題。4 z4 M% x- v7 o. M* |
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9.避免PCB上熱點(diǎn)的集中，盡可能地將功率均勻地分布在PCB板上，保持PCB表面溫度性能的均勻和一致。往往設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)熱點(diǎn)影響整個(gè)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(zhuān)業(yè)pcb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)。$ H/ z, m' L6 v7 y
0 O/ L' R/ c' B$ a1 b 10.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(shí)盡可能選擇大一些的器件，且在調(diào)整印制板布局時(shí)使之有足夠的散熱空間。
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11.高熱耗散器件在與基板連接時(shí)應(yīng)盡可能減少它們之間的熱阻。為了更好地滿足熱特性要求，在芯片底面可使用一些熱導(dǎo)材料(如涂抹一層導(dǎo)熱硅膠)，并保持一定的接觸區(qū)域供器件散熱。
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8 |2 J# x8 Q8 n5 ?0 x 12.器件與基板的連接：1 [! `0 u9 F( d0 j5 ^* V
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(1)盡量縮短器件引線長(zhǎng)度;0 t3 M: z1 g: c; S/ M- h6 ~; L
. s4 k1 [5 L% \- l' |7 J3 { (2)選擇高功耗器件時(shí)，應(yīng)考慮引線材料的導(dǎo)熱性，盡量選擇引線橫段面最大的;& t- I5 [) g- c
4 O. `; _/ O! |$ w3 F (3)選擇管腳數(shù)較多的器件。, Z# u |: a: R& t x2 C: E
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13.器件的封裝選�。�
- G/ g; o) `& q
( l# C' ?6 Y8 M( o (1)在考慮熱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意器件的封裝說(shuō)明和它的熱傳導(dǎo)率;& ^7 ~* q, [( l( @2 b
. d. ?( `' ?" m% Z! L- j (2)應(yīng)考慮在基板與器件封裝之間提供一個(gè)良好的熱傳導(dǎo)路徑;
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; I' @/ _2 K& I' f4 I2 N% ?% L (3)在熱傳導(dǎo)路徑上應(yīng)避免有空氣隔斷，如果有這種情況可采用導(dǎo)熱材料進(jìn)行填充。1 D' r5 c! @5 R
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