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      PCB線路板散熱設(shè)計(jì)分析

      2019-03-08 20:11:12

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      高發(fā)燒器件加散熱器、導(dǎo)熱板
        當(dāng)PCB線路板中有少數(shù)器件發(fā)燒量較大時(shí)(少于3個(gè))時(shí),可在發(fā)燒器件上加散熱器或?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)燒器件量較多時(shí)(多于3個(gè)),可采用大的散熱罩(板),它是按PCB線路板上發(fā)燒器件的位置和高低而定制的專(zhuān)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。但因?yàn)樵骷b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。


      通過(guò)PCB線路板本身散熱
        目前廣泛應(yīng)用的PCB線路板材是覆銅/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。這些基材固然具有優(yōu)良的電氣機(jī)能和加工機(jī)能,但散熱性差,作為高發(fā)燒元件的散熱途徑,幾乎不能指望由PCB線路板本身樹(shù)脂傳導(dǎo)熱量,而是從元件的表面向附近空氣中散熱。但跟著電子產(chǎn)品已進(jìn)入到部件小型化、高密度安裝、高發(fā)燒化組裝時(shí)代,若只靠表面積十分小的元件表面來(lái)散熱長(zhǎng)短常不夠的。同時(shí)因?yàn)镼FP、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線路板,因此,解決散熱的最好方法是進(jìn)步與發(fā)燒元件直接接觸的PCB自身的散熱能力,通過(guò)PCB線路板傳導(dǎo)出去或披發(fā)出去。


      采用公道的走線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)散熱
        因?yàn)榘宀闹械臉?shù)脂導(dǎo)熱性差,而銅箔線路和孔是熱的良導(dǎo)體,因此進(jìn)步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線路板的散熱能力,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)合材料逐一PCB線路板用絕緣基板的等效導(dǎo)熱系數(shù)(九eq)進(jìn)行計(jì)算。


      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。


      統(tǒng)一塊印刷線路板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)燒量大小及散熱程度分區(qū)排列,發(fā)燒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(進(jìn)口處),發(fā)燒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(shí)對(duì)其他器件溫度的影響。


      對(duì)溫度比較敏感的器件最好安頓在溫度最低的區(qū)域(如設(shè)備的底部),千萬(wàn)不要將它放在發(fā)燒器件的正上方,多個(gè)器件最好是在水平面上交錯(cuò)布局。


      設(shè)備內(nèi)印刷線路板的散熱主要依賴空氣活動(dòng),所以在設(shè)計(jì)時(shí)要研究空氣活動(dòng)路徑,公道配置器件或印刷線路板。空氣活動(dòng)時(shí)老是趨向于阻力小的地方活動(dòng),所以在印刷線路板上配置器件時(shí),要避免在某個(gè)區(qū)域留有較大的空域。整機(jī)中多塊印刷線路板的配置也應(yīng)留意同樣的題目。


      避免PCB線路板上熱門(mén)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(jī)能的平均和一致。往往設(shè)計(jì)過(guò)程中要達(dá)到嚴(yán)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(qū)域,以免泛起過(guò)熱門(mén)影響整個(gè)電路的正常工作。假如有前提的話,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(zhuān)業(yè)PCB線路板設(shè)計(jì)軟件中增加的熱效能指標(biāo)分析軟件模塊,就可以匡助設(shè)計(jì)職員優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。


      將功耗最高和發(fā)燒最大的器件布置在散熱最佳位置四周。不要將發(fā)燒較高的器件放置在印制板的角落和周?chē)呇兀窃谒乃闹茕伵庞猩嵫b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。


      高熱耗散器件在與基板連接時(shí)應(yīng)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(dǎo)材料(如涂抹一層導(dǎo)熱硅膠),并保持一定的接觸區(qū)域供器件散熱。


      器件與基板的連接:
        (1) 盡量縮短器件引線長(zhǎng)度;
        (2)選擇高功耗器件時(shí),應(yīng)考慮引線材料的導(dǎo)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(shù)較多的器件。


      器件的封裝選取:
        (1)在考慮熱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留意器件的封裝說(shuō)明和它的熱傳導(dǎo)率;
        (2)應(yīng)考慮在基板與器件封裝之間提供一個(gè)良好的熱傳導(dǎo)路徑;
        (3)在熱傳導(dǎo)路徑上應(yīng)避免有空氣隔斷,假如有這種情況可采用導(dǎo)熱材料進(jìn)行填充。


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