劃重點(diǎn)！PCB熱設(shè)計(jì)研究該掌握哪些？

電子設(shè)備在工作期間所消耗的電能,除了有用功外,大部分轉(zhuǎn)化成熱量散發(fā).電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量,使內(nèi)部溫度迅速上升,如果不及時將該熱量散發(fā),設(shè)備會繼續(xù)升溫,器件就會因過熱失效,電子設(shè)備的可靠性將下降.

SMT使電子設(shè)備的安裝密度增大,有效散熱面積減小,設(shè)備溫升嚴(yán)重地影響可靠性,因此,對熱設(shè)計(jì)的研究顯得十分重要。

1、選材

(1)印制板的導(dǎo)線由于通過電流而引起的溫升加上規(guī)定的環(huán)境溫度應(yīng)不超過125 ℃(常用的典型值.根據(jù)選用的板材可能不同).由于元件安裝在印制板上也發(fā)出一部分熱量,影響工作溫度,選擇材料和印制板設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮到這些因素,熱點(diǎn)溫度應(yīng)不超過125 ℃.盡可能選擇更厚一點(diǎn)的覆銅箔.

(2)特殊情況下可選擇鋁基、陶瓷基等熱阻小的板材。

陶瓷基

鋁基

(3)采用多層板結(jié)構(gòu)有助于PCB熱設(shè)計(jì)。

2、保證散熱通道暢通

(1)充分利用元器件排布、銅皮、開窗及散熱孔等技術(shù)建立合理有效的低熱阻通道,保證熱量順利導(dǎo)出PCB.

散熱孔

(2)散熱通孔的設(shè)置

設(shè)計(jì)一些散熱通孔和盲孔,可以有效地提高散熱面積和減少熱阻,提高電路板的功率密度.如在LCCC器件的焊盤上設(shè)立導(dǎo)通孔.在電路生產(chǎn)過程中焊錫將其填充,使導(dǎo)熱能力提高,電路工作時產(chǎn)生的熱量能通過通孔或盲孔迅速地傳至金屬散熱層或背面設(shè)置的銅泊散發(fā)掉.在一些特定情況下,專門設(shè)計(jì)和采用了有散熱層的電路板,散熱材料一般為銅/鉬等材料,如一些模塊電源上采用的印制板.

(3)導(dǎo)熱材料的使用

為了減少熱傳導(dǎo)過程的熱阻,在高功耗器件與基材的接觸面上使用導(dǎo)熱材料,提高熱傳導(dǎo)效率.

(4)工藝方法

對一些雙面裝有器件的區(qū)域容易引起局部高溫,為了改善散熱條件,可以在焊膏中摻入少量的細(xì)小銅料,再流焊后在器件下方焊點(diǎn)就有一定的高度.使器件與印制板間的間隙增加,增加了對流散熱。

3、元器件的排布要求

(1)對PCB進(jìn)行軟件熱分析,對內(nèi)部最高溫升進(jìn)行設(shè)計(jì)控制。

(2)可以考慮把發(fā)熱高、輻射大的元件專門設(shè)計(jì)安裝在一個印制板上。

(3)板面熱容量均勻分布,注意不要把大功耗器件集中布放,如無法避免,則要把矮的元件放在氣流的上游,并保證足夠的冷卻風(fēng)量流經(jīng)熱耗集中區(qū)。

(4)使傳熱通路盡可能的短。

(5)使傳熱橫截面盡可能的大。

(6)元器件布局應(yīng)考慮到對周圍零件熱輻射的影響.對熱敏感的部件、元器件(含半導(dǎo)體器件)應(yīng)遠(yuǎn)離熱源或?qū)⑵涓綦x。

(7)(液態(tài)介質(zhì))電容器的最好遠(yuǎn)離熱源。

(8)注意使強(qiáng)迫通風(fēng)與自然通風(fēng)方向一致。

(9)附加子板、器件風(fēng)道與通風(fēng)方向一致。

(10)盡可能地使進(jìn)氣與排氣有足夠的距離。

(11)發(fā)熱器件應(yīng)盡可能地置于產(chǎn)品的上方,條件允許時應(yīng)處于氣流通道上。

(12)熱量較大或電流較大的元器件不要放置在印制板的角落和四周邊緣,只要有可能應(yīng)安裝于散熱器上,并遠(yuǎn)離其他器件,并保證散熱通道通暢。

(13)(小信號放大器外圍器件)盡量采用溫漂小的器件。

(14)盡可能地利用金屬機(jī)箱或底盤散熱。

4、布線時的要求

(1)板材選擇(合理設(shè)計(jì)印制板結(jié)構(gòu));

(2)布線規(guī)則;

(3)根據(jù)器件電流密度規(guī)劃最小通道寬度;特別注意接合點(diǎn)處通道布線;

(4)大電流線條盡量表面化;在不能滿足要求的條件下,可考慮采用匯流排;

(5)要盡量降低接觸面的熱阻.為此應(yīng)加大熱傳導(dǎo)面積;接觸平面應(yīng)平整、光滑,必要時可涂

覆導(dǎo)熱硅脂;

(6)熱應(yīng)力點(diǎn)考慮應(yīng)力平衡措施并加粗線條;

(7)散熱銅皮需采用消熱應(yīng)力的開窗法,利用散熱阻焊適當(dāng)開窗;

(8)視可能采用表面大面積銅箔;

(9)對印制板上的接地安裝孔采用較大焊盤,以充分利用安裝螺栓和印制板表面的銅箔進(jìn)行散熱;

(10)盡可能多安放金屬化過孔, 且孔徑、盤面盡量大,依靠過孔幫助散熱;

(11)器件散熱補(bǔ)充手段;

(12)采用表面大面積銅箔可保證的情況下,出于經(jīng)濟(jì)性考慮可不采用附加散熱器的方法;

(13)根據(jù)器件功耗、環(huán)境溫度及允許最大結(jié)溫來計(jì)算合適的表面散熱銅箔面積(保證原則tj≤(0.5~0.8)tjmax).

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