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PCB短路版散熱小技巧分享

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:電子設(shè)計(jì) ? 作者:電子設(shè)計(jì) ? 2020-10-30 13:28 ? 次閱讀

對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō),工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的熱量,從而使設(shè)備內(nèi)部溫度迅速上升,如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)出去,設(shè)備就會(huì)持續(xù)的升溫,器件就會(huì)因過(guò)熱而失效,電子設(shè)備的可靠性能就會(huì)下降。

因此,對(duì)電路板進(jìn)行很好的散熱處理是非常重要的。PCB 電路板的散熱是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),那么 PCB 電路板散熱技巧是怎樣的,下面我們一起來(lái)討論下。

01

通過(guò) PCB 板本身散熱目前廣泛應(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圍空氣中散熱。

但隨著電子產(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。

▼加散熱銅箔和采用大面積電源地銅箔

▼熱過(guò)孔

IC 背面露銅,減小銅皮與空氣之間的熱阻

PCB 布局

熱敏感器件放置在冷風(fēng)區(qū)。

溫度檢測(cè)器件放置在最熱的位置。

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。

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。

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。

空氣流動(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。

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。

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。

元器件間距建議:

02

高發(fā)熱器件加散熱器、導(dǎo)熱板當(dāng) PCB 中有少數(shù)器件發(fā)熱量較大時(shí)(少于 3 個(gè))時(shí),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。

03

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。

04

采用合理的走線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)散熱由于板材中的樹(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。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。

05

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。

06

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。

07

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。

空氣流動(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。

08

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。

09

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。

10

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)。

審核編輯 黃昊宇

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