如何處理PCB設(shè)計(jì)中的耗散？

我們都知道，電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部溫度迅速升高。如果不及時(shí)散熱，設(shè)備將繼續(xù)發(fā)熱，設(shè)備會(huì)因過(guò)熱而發(fā)生故障，并且電子設(shè)備的可靠性會(huì)降低。因此，PCB的散熱設(shè)計(jì)非常重要。

印刷電路板溫度升高的直接原因是電路功耗設(shè)備的存在，并且電子設(shè)備的功耗有所不同，并且加熱強(qiáng)度隨功耗大小而變化。

印制板中的兩種溫度升高現(xiàn)象：

（1）局部溫升或大面積溫升；

（2）短期溫升或長(zhǎng)期溫升。

PCB熱功耗的分析通常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

電力消耗

（1）分析單位面積的功耗；

（2）分析PCB電路板上的功耗分布。

印制板的結(jié)構(gòu)

（1）印制板的尺寸；

（2）印制板的材料。

如何安裝印制板

（1）安裝方式（如垂直安裝，水平安裝）；

（2）密封條件和與機(jī)殼的距離。

熱輻射

（1）印制板表面的發(fā)射率；

（2）印制板與相鄰表面之間的溫差及其溫度；

熱傳導(dǎo)

（1）安裝散熱器；

（2）其他安裝結(jié)構(gòu)零件的傳導(dǎo)。

熱對(duì)流

（1）自然對(duì)流；

（2）強(qiáng)制冷卻對(duì)流。

分析上述因素是找出導(dǎo)致印刷電路板溫度升高的根本原因的有效方法。

1.發(fā)熱元件高，散熱器和散熱板

當(dāng)PCB中的少量組件產(chǎn)生大量熱量（少于3個(gè)）時(shí)，可以將散熱器或熱管添加到加熱設(shè)備中。當(dāng)溫度無(wú)法降低時(shí)，可以使用帶風(fēng)扇的散熱器來(lái)增強(qiáng)散熱效果。

當(dāng)加熱裝置的數(shù)量較大（超過(guò)3個(gè)）時(shí)，可以使用較大的散熱蓋（板），這是根據(jù)加熱裝置在PCB上或大平面上的位置和高度定制的特殊散熱器。散熱器切出不同的組件高度位置。

散熱蓋整體上扣在組件的表面上，并與每個(gè)組件接觸以散熱。然而，由于在組件的組裝和焊接期間高度的一致性差，所以散熱效果不好。通常，在組件表面上添加軟熱相變導(dǎo)熱墊以提高散熱效果。

2.通過(guò)PCB板本身散熱

目前，廣泛使用的PCB板是覆銅/環(huán)氧玻璃布基板或酚醛樹(shù)脂玻璃布基板，并且使用少量的紙基覆銅板。盡管這些基板具有優(yōu)異的電性能和加工性能，但是它們的散熱性很差。作為高熱量組件的散熱方法，幾乎不可能指望PCB本身產(chǎn)生熱量來(lái)傳導(dǎo)熱量，而是將熱量從組件表面散發(fā)到周?chē)目諝庵小?/span>

然而，隨著電子產(chǎn)品進(jìn)入組件小型化，高密度安裝和高發(fā)熱組件的時(shí)代，僅依靠表面積很小的組件表面來(lái)散熱是不夠的。同時(shí)，由于大量使用了QFP和BGA等表面安裝組件，這些組件產(chǎn)生的熱量大量傳遞到PCB板上。因此，散熱的解決方案是提高與加熱元件直接接觸的PCB本身的散熱能力，并使其通過(guò)PCB板?；虬l(fā)送出去。

3.采用合理的接線設(shè)計(jì)以達(dá)到散熱

由于板中樹(shù)脂的導(dǎo)熱性差，并且銅箔線和孔是良好的熱導(dǎo)體，因此編輯認(rèn)為，增加銅箔的殘留率和增加熱孔是散熱的主要手段。

為了評(píng)估PCB的散熱能力，有必要計(jì)算由導(dǎo)熱率不同的各種材料組成的復(fù)合材料（PCB的絕緣基板）的等效導(dǎo)熱率（9 eq）。

4.對(duì)于使用自由對(duì)流風(fēng)冷的設(shè)備，集成電路（或其他設(shè)備）垂直或水平排列。

5，同一印制板上的器件應(yīng)根據(jù)其發(fā)熱量和散熱程度盡可能安排

熱值低或耐熱性差的設(shè)備（例如小信號(hào)晶體管，小規(guī)模集成電路，電解電容器等）放置在冷卻空氣流的上部氣流（入口）上，熱量大或質(zhì)量好的設(shè)備熱電阻（例如功率晶體管，大規(guī)模集成電路等）放置在冷卻氣流的下游。

6，在水平方向上，大功率設(shè)備盡可能靠近印制板的邊緣放置，以縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率設(shè)備應(yīng)盡可能靠近印刷電路板的頂部放置，以降低其他設(shè)備工作時(shí)的溫度。影響。

7.溫度敏感設(shè)備放置在溫度區(qū)域（例如設(shè)備底部）中。切勿將其直接放在加熱設(shè)備上方。多個(gè)設(shè)備排列在交錯(cuò)的水平面中。

8，設(shè)備中印刷電路板的散熱主要取決于氣流，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)研究氣流路徑，并合理配置設(shè)備或印刷電路板。當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，它總是傾向于流向阻力較小的地方，因此在印刷電路板上配置設(shè)備時(shí)，請(qǐng)避免在特定區(qū)域內(nèi)留有較大的空隙。整個(gè)機(jī)器中的多個(gè)印刷電路板的配置應(yīng)注意相同的問(wèn)題。

9，避免熱點(diǎn)集中在PCB上

盡可能在PCB板上均勻分配電源，以保持PCB表面溫度性能均勻一致。在設(shè)計(jì)過(guò)程中通常很難實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的均勻分布，但是必須避免功率密度過(guò)高的區(qū)域，以防止熱點(diǎn)影響整個(gè)電路的正常運(yùn)行。

如果可能，有必要分析印刷電路的熱性能。例如，某些PCB設(shè)計(jì)軟件中添加的熱性能指標(biāo)分析軟件模塊可以幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

10.將消耗功率和熱量的設(shè)備放在散熱器附近

除非將散熱裝置放在印刷電路板的角部和外圍邊緣，否則請(qǐng)勿在其上放置高溫設(shè)備。設(shè)計(jì)功率電阻器時(shí)，請(qǐng)盡可能選擇更大的設(shè)備，并在調(diào)整印刷電路板布局時(shí)為其留出足夠的散熱空間。

11.將高散熱裝置連接到基板時(shí)，它們之間的熱阻應(yīng)最小化。

為了更好地滿足熱特性要求，可以在芯片的底面上使用一些導(dǎo)熱材料（例如一層導(dǎo)熱硅膠），并保持一定的接觸面積，以使器件散熱。

12.設(shè)備與基板之間的連接：

（1）盡量縮短設(shè)備的引線長(zhǎng)度；

（2）選擇大功率器件時(shí)，應(yīng)考慮引線材料的導(dǎo)熱性，并盡可能選擇引線的橫截面；

（3）選擇帶有更多引腳的設(shè)備。

13.設(shè)備包裝選擇：

（1）在考慮散熱設(shè)計(jì)時(shí)，請(qǐng)注意器件的包裝說(shuō)明及其導(dǎo)熱系數(shù)；

（2）考慮在基板和器件封裝之間提供良好的導(dǎo)熱路徑；

（3）在導(dǎo)熱路徑上應(yīng)避免空氣分隔。在這種情況下，可以使用導(dǎo)熱材料進(jìn)行填充。