PCB線路板散熱設計分析

高發燒器件加散熱器、導熱板
當PCB線路板中有少數器件發燒量較大時(少于3個)時,可在發燒器件上加散熱器或導熱管,當溫度還不能降下來時,可采用帶風扇的散熱器,以增強散熱效果。當發燒器件量較多時(多于3個),可采用大的散熱罩(板),它是按PCB線路板上發燒器件的位置和高低而定制的專用散熱器或是在一個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,與每個元件接觸而散熱。但因為元器件裝焊時高低一致性差,散熱效果并不好。通常在元器件面上加柔軟的熱相變導熱墊來改善散熱效果。
通過PCB線路板本身散熱
目前廣泛應用的PCB線路板材是覆銅/環氧玻璃布基材或酚醛樹脂玻璃布基材,還有少量使用的紙基覆銅板材。這些基材固然具有優良的電氣機能和加工機能,但散熱性差,作為高發燒元件的散熱途徑,幾乎不能指望由PCB線路板本身樹脂傳導熱量,而是從元件的表面向附近空氣中散熱。但跟著電子產品已進入到部件小型化、高密度安裝、高發燒化組裝時代,若只靠表面積十分小的元件表面來散熱長短常不夠的。同時因為QFP、BGA等表面安裝元件的大量使用,元器件產生的熱量大量地傳給PCB線路板,因此,解決散熱的最好方法是進步與發燒元件直接接觸的PCB自身的散熱能力,通過PCB線路板傳導出去或披發出去。
采用公道的走線設計實現散熱
因為板材中的樹脂導熱性差,而銅箔線路和孔是熱的良導體,因此進步銅箔剩余率和增加導熱孔是散熱的主要手段。
評價PCB線路板的散熱能力,就需要對由導熱系數不同的各種材料構成的復合材料逐一PCB線路板用絕緣基板的等效導熱系數(九eq)進行計算。
對于采用自由對流空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其他器件)按縱長方式排列,或按橫長方式排列。
統一塊印刷線路板上的器件應盡可能按其發燒量大小及散熱程度分區排列,發燒量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(進口處),發燒量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規模集成電路等)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刷線路板邊緣布置,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,大功率器件盡量靠近印刷線路板上方布置,以便減少這些器件工作時對其他器件溫度的影響。
對溫度比較敏感的器件最好安頓在溫度最低的區域(如設備的底部),千萬不要將它放在發燒器件的正上方,多個器件最好是在水平面上交錯布局。
設備內印刷線路板的散熱主要依賴空氣活動,所以在設計時要研究空氣活動路徑,公道配置器件或印刷線路板。空氣活動時老是趨向于阻力小的地方活動,所以在印刷線路板上配置器件時,要避免在某個區域留有較大的空域。整機中多塊印刷線路板的配置也應留意同樣的題目。
避免PCB線路板上熱門的集中,盡可能地將功率平均地分布在PCB線路板上,保持PCB線路板表面溫度機能的平均和一致。往往設計過程中要達到嚴格的平均分布是較為難題的,但一定要避免功率密度太高的區域,以免泛起過熱門影響整個電路的正常工作。假如有前提的話,進行印制電路的熱效能分析是很有必要的,如現在一些專業PCB線路板設計軟件中增加的熱效能指標分析軟件模塊,就可以匡助設計職員優化電路設計。
將功耗最高和發燒最大的器件布置在散熱最佳位置四周。不要將發燒較高的器件放置在印制板的角落和周圍邊沿,除非在它的四周鋪排有散熱裝置。在設計功率電阻時盡可能選擇大一些的器件,且在調整印制板布局時使之有足夠的散熱空間。
高熱耗散器件在與基板連接時應盡能減少它們之間的熱阻。為了更好地知足熱特性要求,在芯片底面可使用一些熱導材料(如涂抹一層導熱硅膠),并保持一定的接觸區域供器件散熱。
器件與基板的連接:
(1) 盡量縮短器件引線長度;
(2)選擇高功耗器件時,應考慮引線材料的導熱性,假如可能的話,盡量選擇引線橫段面最大;
(3)選擇管腳數較多的器件。
器件的封裝選取:
(1)在考慮熱設計時應留意器件的封裝說明和它的熱傳導率;
(2)應考慮在基板與器件封裝之間提供一個良好的熱傳導路徑;
(3)在熱傳導路徑上應避免有空氣隔斷,假如有這種情況可采用導熱材料進行填充。
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