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怎么对PCB电路板进行散热规划

作者:admin发布时间:2020-03-03分类:PADS培训浏览:215评论:0


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一、热规划的重要性

电子设备在工作期间所耗费的电能,比如射频功放,FPGA芯片,电源类产品,除了有用功外,大部分转化成热量宣布。电子设备发生的热量,使内部温度敏捷上升,假如不及时将该热量宣布,设备会继续升温,器材就会因过热失效,电子设备的牢靠性将下降。SMT使电子设备的装置密度增大,有用散热面积减小,设备温升严重地影响牢靠性,因而,对热规划的研讨显得十分重要。

怎么对PCB电路板进行散热规划

搞射频的兄弟有柴,这样散热也行?

对于PCB电路板的散热是一个非常重要的环节,那么PCB电路板散热技巧是怎样的,下面咱们一起来讨论下。

怎么对PCB电路板进行散热规划

对于电子设备来说,工作时都会发生一定的热量,从而使设备内部温度敏捷上升,假如不及时将该热量宣布出去,设备就会继续的升温,器材就会因过热而失效,电子设备的牢靠功能就会下降。因而,对电路板进行很好的散热处理是非常重要的。

二、印制电路板温升要素剖析

引起印制板温升的直接原因是因为电路功耗器材的存在,电子器材均不同程度地存在功耗,发热强度随功耗的巨细变化。

印制板中温升的 2 种现象:

(1) 局部温升或大面积温升;

(2) 短时温升或长期温升。 在剖析 PCB 热功耗时,一般从以下几个方面来剖析。

2.1 电气功耗

(1)剖析单位面积上的功耗;

(2)剖析 PCB 板上功耗的散布。

2.2 印制板的结构

(1)印制板的尺寸;

(2)印制板的资料。

2.3 印制板的装置办法

(1)装置办法(如垂直装置,水平装置);

(2)密封情况和离机壳的间隔。

2.4 热辐射

(1)印制板外表的辐射系数;

(2)印制板与相邻外表之间的温差和他们的绝对温度

2.5 热传导

(1)装置散热器;

(2)其他装置结构件的传导。

2.6 热对流

(1)天然对流;

(2)逼迫冷却对流。

从 PCB上述各要素的剖析是处理印制板的温升的有用途径,往往在一个产品和系统中这些要素是相互相关和依赖的,大多数要素应依据实际情况来剖析,只要针对某一详细实际情况才能比较正确地核算或估算出温升和功耗等参数。

三,PCB热规划的一些办法

1 经过PCB板自身散热

现在广泛应用的PCB板材是覆铜/环氧玻璃布基材或酚醛树脂玻璃布基材,还有少数使用的纸基覆铜板材。这些基材尽管具有优良的电气功能和加工功能,但散热性差,作为高发热元件的散热途径,几乎不能盼望由PCB自身树脂传导热量,而是从元件的外表向周围空气中散热。但随着电子产品已进入到部件小型化、高密度装置、高发热化拼装年代,若只靠外表积十分小的元件外表来散热是非常不行的。同时因为QFP、BGA等外表装置元件的大量使用,元器材发生的热量大量地传给PCB板,因而,处理散热的最好办法是进步与发热元件直接触摸的PCB自身的散热才能,经过PCB板传导出去或宣布出去。

2 高发热器材加散热器、导热板

当PCB中有少数器材发热量较大时(少于3个)时,可在发热器材上加散热器或导热管,当温度还不能降下来时,可选用带风扇的散热器,以增强散热效果。当发热器材量较多时(多于3个),可选用大的散热罩(板),它是按PCB板上发热器材的位置和凹凸而定制的专用散热器或是在一个大的平板散热器上抠出不同的元件凹凸位置。将散热罩整体扣在元件面上,与每个元件触摸而散热。但因为元器材装焊时凹凸共同性差,散热效果并不好。通常在元器材面上加柔软的热相变导热垫来改进散热效果。

3 对于选用自在对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其他器材)按纵长办法摆放,或按横长办法摆放。

4 选用合理的走线规划完成散热

因为板材中的树脂导热性差,而铜箔线路和孔是热的良导体,因而进步铜箔剩余率和添加导热孔是散热的首要手段。

评价PCB的散热才能,就需要对由导热系数不同的各种资料构成的复合资料逐个PCB用绝缘基板的等效导热系数(九eq)进行核算。

5 同一块印制板上的器材应尽或许按其发热量巨细及散热程度分区摆放,发热量小或耐热性差的器材(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器材(如功率晶体管、大规模集成电路等)放在冷却气流最下流。

6 在水平方向上,大功率器材尽量靠近印制板边际安顿,以便缩短传热路径;在垂直方向上,大功率器材尽量靠近印制板上方安顿,以便削减这些器材工作时对其他器材温度的影响。

7 设备内印制板的散热首要依托空气活动,所以在设计时要研讨空气活动路径,合理装备器材或印制电路板。空气活动时总是趋向于阻力小的当地活动,所以在印制电路板上装备器材时,要防止在某个区域留有较大的空域。整机中多块印制电路板的装备也应留意同样的问题。

8 对温度比较灵敏的器材最好安顿在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器材的正上方,多个器材最好是在水平面上交错布局。

9 将功耗最高和发热最大的器材安顿在散热最佳位置邻近。不要将发热较高的器材放置在印制板的旮旯和四周边际,除非在它的邻近组织有散热装置。在规划功率电阻时尽或许选择大一些的器材,且在调整印制板布局时使之有满足的散热空间。

10 射频功放或者LED PCB选用金属底座基板。

11 防止PCB上热门的会集,尽或许地将功率均匀地散布在PCB板上,坚持PCB外表温度功能的均匀和共同。往往规划进程中要达到严厉的均匀散布是较为困难的,但一定要防止功率密度太高的区域,防止出现过热门影响整个电路的正常工作。假如有条件的话,进行印制电路的热效能剖析是很有必要的,如现在一些专业PCB规划软件中添加的热效能指标剖析软件模块,就能够协助规划人员优化电路规划。

四、总结

3.1 选材

(1)印制板的导线因为经过电流而引起的温升加上规矩的环境温度应不超越 125 ℃(常用的典型值。依据选用的板材或许不同)。因为元件装置在印制板上也宣布一部分热量,影响工作温度,选择资料和印制板规划时应考虑到这些要素,热门温度应不超越 125 ℃。尽或许选择更厚一点的覆铜箔。

( 2 )特别情况下可选择铝基、陶瓷基等热阻小的板材。

(3) 选用多层板结构有助于 PCB 热规划。

3.2确保散热通道疏通

(1)充分利用元器材排布、铜皮、开窗及散热孔等技术树立合理有用的低热阻通道,确保热量顺利导出 PCB。

(2)散热通孔的设置 规划一些散热通孔和盲孔,能够有用地进步散热面积和削减热阻,进步电路板的功率密度。如在 LCCC 器材的焊盘上建立导通孔。在电路生产进程中焊锡将其填充,使导热才能进步,电路工作时发生的热量能经过通孔或盲孔敏捷地传至金属散热层或背面设置的铜泊宣布掉。在一些特定情况下,专门规划和选用了有散热层的电路板,散热资料一般为铜/钼等资料,如一些模块电源上选用的印制板。

(3)导热资料的使用 为了削减热传导进程的热阻,在高功耗器材与基材的触摸面上使用导热资料,进步热传导功率。

(4)工艺办法 对一些双面装有器材的区域容易引起局部高温,为了改进散热条件,能够在焊膏中掺入少数的细小铜料,再流焊后在器材下方焊点就有一定的高度。使器材与印制板间的间隙添加,添加了对流散热。

3.3元器材的排布要求

(1)对 PCB进行软件热剖析,对内部最高温升进行规划控制;

(2)能够考虑把发热高、辐射大的元件专门规划装置在一个印制板上;

(3)板面热容量均匀散布,留意不要把大功耗器材会集布放,如无法防止,则要把矮的元件放在气流的上游,并确保满足的冷却风量流经热耗会集区;

(4)使传热通路尽或许的短;

(5)使传热横截面尽或许的大;

(6)元器材布局应考虑到对周围零件热辐射的影响。对热灵敏的部件、元器材(含半导体器材)应远离热源或将其隔离;

(7)(液态介质)电容器的最好远离热源;

(8)留意使逼迫通风与天然通风方向共同;

(9)附加子板、器材风道与通风方向共同;

(10)尽或许地使进气与排气有满足的间隔;

(11)发热器材应尽或许地置于产品的上方,条件允许时应处于气流通道上;

(12)热量较大或电流较大的元器材不要放置在印制板的旮旯和四周边际,只要有或许应装置于散热器上,并远离其他器材,并确保散热通道通畅;

(13)(小信号放大器外围器材)尽量选用温漂小的器材;

(14)尽或许地利用金属机箱或底盘散热。

3.4布线时的要求

(1)板材选择(合理规划印制板结构);

(2)布线规矩;

(3)依据器材电流密度规划最小通道宽度;特别留意接合点处通道布线;

(4)大电流线条尽量外表化;在不能满足要求的条件下,可考虑选用汇流排;

(5)要尽量下降触摸面的热阻。为此应加大热传导面积;触摸平面应平坦润滑,必要时可涂覆导热硅脂;

(6)热应力点考虑应力平衡办法并加粗线条;

(7)散热铜皮需选用消热应力的开窗法,利用散热阻焊恰当开窗;

(8)视或许选用外表大面积铜箔;

(9)对印制板上的接地装置孔选用较大焊盘,以充分利用装置螺栓和印制板外表的铜箔进行散热;

(10)尽或许多安放金属化过孔, 且孔径、盘面尽量大,依托过孔协助散热;

(11)器材散热补充手段;

(12)选用外表大面积铜箔可确保的情况下,出于经济性考虑可不选用附加散热器的办法;

(13)依据器材功耗、环境温度及允许最大结温来核算适宜的外表散热铜箔面积(确保准则tj≤(0.5~0.8)tjmax)。


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