PCB散熱,您了解多少?

對于電子設備來說,工作時都會產生一定的熱量,從而使設備內部溫度迅速上升,如果不及時將該熱量散發出去,設備就會持續的升溫,器件就會因過熱而失效,電子設備的可靠性能就會下降。
 

因此,對電路板進行很好的散熱處理是非常重要的。PCB電路板的散熱是一個非常重要的環節,那么PCB電路板散熱技巧是怎樣的,下面我們一起來討論下。

 

方法一

 

通過PCB板本身散熱。目前廣泛應用的PCB板材是覆銅、環氧玻璃布基材、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良的電氣性能和加工性能,但散熱性差,作為高發熱元件的散熱途徑,幾乎不能指望由PCB本身樹脂傳導熱量,而是從元件的表面向周圍空氣中散熱。

 

但隨著電子產品已進入到部件小型化、高密度安裝、高發熱化組裝時代,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熱元件直接接觸的PCB自身的散熱能力,通過PCB板傳導出去或散發出去。

 

加散熱銅箔和采用大面積電源的銅箔

加散熱銅箔和采用大面積電源的銅箔

 

過孔散熱

過孔散熱

 

IC背面漏銅,減小銅皮與空氣之間的熱阻

IC背面露銅,減小銅皮與空氣之間的熱阻

 

PCB布局時的散熱技巧:

 

  • 熱敏感器件放置在冷風區。

 

  • 溫度檢測器件放置在最熱的位置。

 

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

 

  • 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。

 

  • 設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計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,要避免在某個區域留有較大的空域。整機中多塊印制電路板的配置也應注意同樣的問題。

 

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

 

  • 將功耗最高和發熱最大的器件布置在散熱最佳位置附近。不要將發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。在設計功率電阻時盡可能選擇大一些的器件,且在調整印制板布局時使之有足夠的散熱空間。

 

  • 元器件間距建議如下圖:
  •  

元器件布局1

元器件布局2

 

方法二

 

高發熱器件加散熱器、導熱板當PCB中有少數器件發熱量較大時(少于3個)時,可在發熱器件上加散熱器或導熱管。當溫度還不能降下來時,可采用帶風扇的散熱器,以增強散熱效果。

 

帶風扇散熱器

 

當發熱器件量較多時(多于3個),可采用大的散熱罩(板),它是按PCB板上發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熱墊來改善散熱效果。
 

方法三

 

對于采用自由對流空氣冷卻的設備,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。

 

方法四

 

采用合理的走線設計實現散熱。由于板材中的樹脂導熱性差,而銅箔線路和孔是熱的良導體,因此提高銅箔剩余率和增加導熱孔是散熱的主要手段。
 

評價PCB的散熱能力,就需要對由導熱系數不同的各種材料構成的復合材料一一PCB用絕緣基板的等效導熱系數(九eq)進行計算。

 

方法五

 

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

方法六

 

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。

 

方法七

 

設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計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,要避免在某個區域留有較大的空域。整機中多塊印制電路板的配置也應注意同樣的問題。

 

方法八

 

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

 

方法九

 

將功耗最高和發熱最大的器件布置在散熱最佳位置附近。不要將發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。
 

在設計功率電阻時盡可能選擇大一些的器件,且在調整印制板布局時使之有足夠的散熱空間。
 

方法十

 

避免PCB上熱點的集中,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。
 

往往設計過程中要達到嚴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域,以免出現過熱點影響整個電路的正常工作。
 

如果有條件的話,進行印制電路的熱效能分析是很有必要的,如現在一些專業PCB設計軟件中增加的熱效能指標分析軟件模塊,就可以幫助設計人員優化電路設計。

 

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2019年5月27日 15:15
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