PCB電(diàn)路闆進行(xíng)散熱處理(lǐ)的重要技(jì)巧

      電(diàn)子設備工作(zuò)時(shí)産生(shēng)的熱量，使設備內(nèi)部溫度迅速上(shàng)升，若不及時(shí)将該熱量散發，設備會(huì)持續升溫，器(qì)件就會(huì)因過熱失效，電(diàn)子設備的可(kě)靠性将下降。因此，對電(diàn)路闆進行(xíng)散熱處理(lǐ)十分重要。 

    一、印制(zhì)電(diàn)路闆溫升因素分析 
    引起印制(zhì)闆溫升的直接原因是由于電(diàn)路功耗器(qì)件的存在，電(diàn)子器(qì)件均不同程度地存在功耗，發熱強度随功耗的大(dà)小(xiǎo)變化。 
    印制(zhì)闆中溫升的2種現象： 
    (1)局部溫升或大(dà)面積溫升; 
    (2)短(duǎn)時(shí)溫升或長時(shí)間(jiān)溫升。 
    在分析PCB熱功耗時(shí)，一般從以下幾個(gè)方面來(lái)分析。 

    1.電(diàn)氣功耗 
    (1)分析單位面積上(shàng)的功耗; 
    (2)分析PCB電(diàn)路闆上(shàng)功耗的分布。 

    2.印制(zhì)闆的結構 
    (1)印制(zhì)闆的尺寸; 
    (2)印制(zhì)闆的材料。 

    3.印制(zhì)闆的安裝方式 
    (1)安裝方式(如垂直安裝，水(shuǐ)平安裝); 
    (2)密封情況和(hé)離機殼的距離。 

    4.熱輻射 
    (1)印制(zhì)闆表面的輻射系數(shù); 
    (2)印制(zhì)闆與相鄰表面之間(jiān)的溫差和(hé)他們的絕對溫度; 

    5熱傳導 
    (1)安裝散熱器(qì); 
    (2)其他安裝結構件的傳導。 

    6.熱對流 
    (1)自然對流; 
    (2)強迫冷卻對流。 
    從PCB上(shàng)述各因素的分析是解決印制(zhì)闆的溫升的有(yǒu)效途徑，往往在一個(gè)産品和(hé)系統中這些(xiē)因素是互相關聯和(hé)依賴的，大(dà)多(duō)數(shù)因素應根據實際情況來(lái)分析，隻有(yǒu)針對某一具體(tǐ)實際情況才能比較正确地計(jì)算(suàn)或估算(suàn)出溫升和(hé)功耗等參數(shù)。 

    二、電(diàn)路闆散熱方式 
    1. 高(gāo)發熱器(qì)件加散熱器(qì)、導熱闆 
    當PCB中有(yǒu)少(shǎo)數(shù)器(qì)件發熱量較大(dà)時(shí)(少(shǎo)于3個(gè))時(shí)，可(kě)在發熱器(qì)件上(shàng)加散熱器(qì)或導熱管，當溫度還(hái)不能降下來(lái)時(shí)，可(kě)采用帶風扇的散熱器(qì)，以增強散熱效果。當發熱器(qì)件量較多(duō)時(shí)(多(duō)于3個(gè))，可(kě)采用大(dà)的散熱罩(闆)，它是按PCB闆上(shàng)發熱器(qì)件的位置和(hé)高(gāo)低(dī)而定制(zhì)的專用散熱器(qì)或是在一個(gè)大(dà)的平闆散熱器(qì)上(shàng)摳出不同的元件高(gāo)低(dī)位置。将散熱罩整體(tǐ)扣在元件面上(shàng)，與每個(gè)元件接觸而散熱。但(dàn)由于元器(qì)件裝焊時(shí)高(gāo)低(dī)一緻性差，散熱效果并不好。通(tōng)常在元器(qì)件面上(shàng)加柔軟的熱相變導熱墊來(lái)改善散熱效果。 

    2. 通(tōng)過PCB闆本身散熱 
    目前廣泛應用的PCB闆材是覆銅/環氧玻璃布基材或酚醛樹(shù)脂玻璃布基材，還(hái)有(yǒu)少(shǎo)量使用的紙基覆銅闆材。這些(xiē)基材雖然具有(yǒu)優良的電(diàn)氣性能和(hé)加工性能，但(dàn)散熱性差，作(zuò)為(wèi)高(gāo)發熱元件的散熱途徑，幾乎不能指望由PCB本身樹(shù)脂傳導熱量，而是從元件的表面向周圍空(kōng)氣中散熱。但(dàn)随着電(diàn)子産品已進入到部件小(xiǎo)型化、高(gāo)密度安裝、高(gāo)發熱化組裝時(shí)代，若隻靠表面積十分小(xiǎo)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(dà)量使用，元器(qì)件産生(shēng)的熱量大(dà)量地傳給PCB闆，因此，解決散熱的最好方法是提高(gāo)與發熱元件直接接觸的PCB自身的散熱能力，通(tōng)過PCB闆傳導出去或散發出去。 

    3. 采用合理(lǐ)的走線設計(jì)實現散熱 
    由于闆材中的樹(shù)脂導熱性差，而銅箔線路和(hé)孔是熱的良導體(tǐ)，因此提高(gāo)銅箔剩餘率和(hé)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(shù)不同的各種材料構成的複合材料一一PCB用絕緣基闆的等效導熱系數(shù)(九eq)進行(xíng)計(jì)算(suàn)。 

    4. 對于采用自由對流空(kōng)氣冷卻的設備，最好是将集成電(diàn)路(或其他器(qì)件)按縱長方式排列，或按橫長方式排列。 

    5. 同一塊印制(zhì)闆上(shàng)的器(qì)件應盡可(kě)能按其發熱量大(dà)小(xiǎo)及散熱程度分區(qū)排列，發熱量小(xiǎo)或耐熱性差的器(qì)件(如小(xiǎo)信号晶體(tǐ)管、小(xiǎo)規模集成電(diàn)路、電(diàn)解電(diàn)容等)放在冷卻氣流的最上(shàng)流(入口處)，發熱量大(dà)或耐熱性好的器(qì)件(如功率晶體(tǐ)管、大(dà)規模集成電(diàn)路等)放在冷卻氣流最下遊。 

    6. 在水(shuǐ)平方向上(shàng)，大(dà)功率器(qì)件盡量靠近印制(zhì)闆邊沿布置，以便縮短(duǎn)傳熱路徑;在垂直方向上(shàng)，大(dà)功率器(qì)件盡量靠近印制(zhì)闆上(shàng)方布置，以便減少(shǎo)這些(xiē)器(qì)件工作(zuò)時(shí)對其他器(qì)件溫度的影(yǐng)響。 

    7. 對溫度比較敏感的器(qì)件最好安置在溫度最低(dī)的區(qū)域(如設備的底部)，千萬不要将它放在發熱器(qì)件的正上(shàng)方，多(duō)個(gè)器(qì)件最好是在水(shuǐ)平面上(shàng)交錯布局。 

    8. 設備內(nèi)印制(zhì)闆的散熱主要依靠空(kōng)氣流動，所以在設計(jì)時(shí)要研究空(kōng)氣流動路徑，合理(lǐ)配置器(qì)件或印制(zhì)電(diàn)路闆。空(kōng)氣流動時(shí)總是趨向于阻力小(xiǎo)的地方流動，所以在印制(zhì)電(diàn)路闆上(shàng)配置器(qì)件時(shí)，要避免在某個(gè)區(qū)域留有(yǒu)較大(dà)的空(kōng)域。整機中多(duō)塊印制(zhì)電(diàn)路闆的配置也應注意同樣的問題。 

    9. 避免PCB上(shàng)熱點的集中，盡可(kě)能地将功率均勻地分布在PCB闆上(shàng)，保持PCB表面溫度性能的均勻和(hé)一緻。往往設計(jì)過程中要達到嚴格的均勻分布是較為(wèi)困難的，但(dàn)一定要避免功率密度太高(gāo)的區(qū)域，以免出現過熱點影(yǐng)響整個(gè)電(diàn)路的正常工作(zuò)。如果有(yǒu)條件的話(huà)，進行(xíng)印制(zhì)電(diàn)路的熱效能分析是很(hěn)有(yǒu)必要的，如現在一些(xiē)專業PCB設計(jì)軟件中增加的熱效能指标分析軟件模塊，就可(kě)以幫助設計(jì)人(rén)員優化電(diàn)路設計(jì)。 

    10. 将功耗最高(gāo)和(hé)發熱最大(dà)的器(qì)件布置在散熱最佳位置附近。不要将發熱較高(gāo)的器(qì)件放置在印制(zhì)闆的角落和(hé)四周邊緣，除非在它的附近安排有(yǒu)散熱裝置。在設計(jì)功率電(diàn)阻時(shí)盡可(kě)能選擇大(dà)一些(xiē)的器(qì)件，且在調整印制(zhì)闆布局時(shí)使之有(yǒu)足夠的散熱空(kōng)間(jiān)。 

    11. 高(gāo)熱耗散器(qì)件在與基闆連接時(shí)應盡能減少(shǎo)它們之間(jiān)的熱阻。為(wèi)了更好地滿足熱特性要求，在芯片底面可(kě)使用一些(xiē)熱導材料(如塗抹一層導熱矽膠)，并保持一定的接觸區(qū)域供器(qì)件散熱。 

    12. 器(qì)件與基闆的連接： 
    (1) 盡量縮短(duǎn)器(qì)件引線長度; 
    (2)選擇高(gāo)功耗器(qì)件時(shí)，應考慮引線材料的導熱性，如果可(kě)能的話(huà)，盡量選擇引線橫段面最大(dà); 
    (3)選擇管腳數(shù)較多(duō)的器(qì)件。 

    13器(qì)件的封裝選取： 
    (1)在考慮熱設計(jì)時(shí)應注意器(qì)件的封裝說明(míng)和(hé)它的熱傳導率; 
    (2)應考慮在基闆與器(qì)件封裝之間(jiān)提供一個(gè)良好的熱傳導路徑; 
    (3)在熱傳導路徑上(shàng)應避免有(yǒu)空(kōng)氣隔斷，如果有(yǒu)這種情況可(kě)采用導熱材料進行(xíng)填充。