微波技術 - PCB電路板散熱技巧

電子設備工作時產生的熱量使設備內部溫度迅速上升。 如果不及時散熱，設備將繼續上升，設備將因過熱而失效，電子設備的可靠性將下降。 囙此，加熱電路板非常重要。

1, 印刷電路板 溫昇係數分析

PCB溫昇的直接原因是電路中功率器件的存在，電子器件有不同程度的功耗，加熱强度隨功耗的變化而變化。

印製板中的兩種溫昇現象：

（1）局部或大面積溫昇；

（2.）短期溫昇或長期溫昇。

PCB熱功率分析一般從以下幾個方面進行分析。

1、用電量

（1）組織面積用電量分析；

（2）分析PCB板上的功耗分佈。

2、印製板結構

（1）印製板尺寸；

（2）印製板資料。

3、印製板安裝方法

（1）安裝方式（如垂直安裝、水准安裝）；

（2）密封條件和與殼體的距離。

4、熱輻射

（1）印製板表面輻射係數；

（2）印製板與相鄰表面之間的溫差及其絕對溫度；

5、導熱

（1）安裝散熱器；

（2）其他已安裝結構件的傳導。

6、對流換熱

（1）自然對流；

（2）強制冷卻對流。

從PCB上分析上述因素是解决印製板溫昇的有效途徑，在一個產品和系統中，這些因素往往是相互關聯和依賴的，大多數因素都應根據實際情況進行分析， 只有針對特定的實際情況才能正確計算或估計溫昇和功耗等參數。

2、電路板散熱管道

1、帶散熱器和導熱板的高熱裝置

當PCB中有幾個組件具有高熱（小於3）時，可以在加熱設備上添加散熱器或導熱管。 當溫度無法降低時，可以使用帶風扇的散熱器來增强散熱效果。 當加熱裝置數量較大（超過3個）時，可以使用大型散熱器（板）。 它是根據加熱裝置在PCB板上的位置和高度定制的專用散熱器，或者是一個大型扁平散熱器，用於切割不同的組件高度位置。 散熱蓋整體扣合在構件表面，散熱與各構件接觸。 然而，由於組件一致性差，散熱效果不好。 為了提高散熱效果，通常在元件表面添加一個軟的熱相變墊。

2.通過 PCB板

現時，廣泛使用的PCB板有鍍銅/環氧玻璃布或酚醛樹脂玻璃布，以及少量的紙塗層銅板。 儘管這些基板具有優异的電學效能和加工效能，但它們的散熱效能較差。 作為高熱組件的一種散熱管道，熱量很難通過PCB本身的樹脂進行傳遞，而是從組件表面向周圍空氣進行散熱。 然而，隨著電子產品進入了元件小型化、高密度安裝和高熱組裝的時代，僅通過表面積非常小的元件表面散熱是不够的。 同時，由於QFP和BGA等表面安裝元件的廣泛使用，元件產生的大量熱量被傳輸到PCB板。 囙此，解决散熱問題的最佳方法是提高與加熱元件直接接觸的PCB的散熱能力，並通過PCB板傳導或發射。

3、採用合理的佈線設計，實現散熱

由於板材中的樹脂導熱性差，銅箔線和銅箔孔都是良好的導熱體，囙此提高銅箔的殘留率和新增導熱孔是主要的散熱手段。

為了評估PCB的散熱能力，有必要計算PCB絕緣基板的等效導熱係數（nine eq），該基板由具有不同導熱率的各種資料組成。

對於由自由對流空氣冷卻的設備，最好在縱向或橫向長度上佈置集成電路（或其他設備）。

5、同一印製板上的設備應根據其熱值和散熱程度儘量佈置。 熱值低或耐熱性差的設備（如小訊號電晶體、小型集成電路、電解電容器等）應放置在冷卻氣流（入口）的頂部。 具有高熱值或良好耐熱性的設備（如功率電晶體、大型集成電路等）放置在冷卻氣流的最下游。

6.在水平方向上，大功率裝置應盡可能靠近印製板邊緣，以縮短傳熱路徑； 在垂直方向上，大功率器件盡可能靠近印製板佈置，以减少這些器件在工作時對其他器件溫度的影響。

7、感溫裝置最好放置在溫度最低的區域（如設備底部），不要將其放在加熱裝置正上方，多個裝置最好在水平面上交錯佈置。

8、設備中印制板的散熱主要取決於氣流，設計時應研究氣流路徑，合理配置設備或印製板。 氣流總是傾向於在阻力較小的地方流動，囙此在印刷電路板上配寘設備時，避免在特定區域有較大的空間。 整機中多塊印刷電路板的配寘應注意同一問題。

9、避免PCB上的熱點集中，儘量在PCB板上均勻分佈電源，保持PCB表面溫度效能均勻一致。 在設計過程中往往難以實現嚴格的均勻分佈，但必須避免功率密度過高的區域，以免影響整個電路的正常運行。 如果可能，有必要分析印刷電路的熱效能。 例如，在一些專業的PCB設計軟體中添加了熱性能指標分析軟體模塊，可以幫助設計者優化電路設計。

10.將功耗和散熱量最高的設備放置在最佳散熱位置附近. 請勿將高溫部件放置在 PCB電路板 除非附近有冷卻裝置. 在設計中盡可能大的功率電阻，選擇較大的器件, 並在調整印製板佈局時，使其有足够的散熱空間.