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多爾威教您如何幫助PCB電路板散熱

發(fā)布時(shí)間:2018-03-19 10:09:08瀏覽次數:

一、PCB溫升因素分析

引起PCB溫升的直接原因是由于電路功耗器件的存在,電子器件均不同程度地存在功耗,發(fā)熱強度隨功耗的大小變化。

PCB中溫升的2種現象:

(1)局部溫升或大面積溫升;

(2)短時(shí)溫升或長(cháng)時(shí)間溫升。

在分析熱功耗時(shí),一般從以下幾個(gè)方面來(lái)分析。

1.電氣功耗

(1)分析單位面積上的功耗;

(2)分析PCB電路板上功耗的分布。

2.PCB的結構

(1)PCB的尺寸;

(2)PCB的材料。

3.PCB的安裝方式

(1)安裝方式(如垂直安裝,水平安裝);

(2)密封情況和離機殼的距離。

4.熱輻射

(1)PCB表面的輻射系數;

(2)PCB與相鄰表面之間的溫差和他們的絕對溫度;

5.熱傳導

(1)安裝散熱器;

(2)其他安裝結構件的傳導。

6.熱對流

(1)自然對流;

(2)強迫冷卻對流。

從PCB上述各因素的分析是解決印制板的溫升的有效途徑,往往在一個(gè)產(chǎn)品和系統中這些因素是互相關(guān)聯(lián)和依賴(lài)的,大多數因素應根據實(shí)際情況來(lái)分析,只有針對某一具體實(shí)際情況才能比較正確地計算或估算出溫升和功耗等參數。

二、PCB電路板散熱方式

1. 高發(fā)熱器件加散熱器、導熱板

當PCB中有少數器件發(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導熱管,當溫度還不能降下來(lái)時(shí),可采用帶風(fēng)扇的散熱器,以增強散熱效果。當發(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(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熱墊來(lái)改善散熱效果。

2. 通過(guò)PCB板本身散熱

目前廣泛應用的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)脂傳導熱量,而是從元件的表面向周?chē)諝庵猩?。但隨著(zhù)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板傳導出去或散發(fā)出去。

3. 采用合理的走線(xiàn)設計實(shí)現散熱

由于板材中的樹(shù)脂導熱性差,而銅箔線(xiàn)路和孔是熱的良導體,因此提高銅箔剩余率和增加導熱孔是散熱的主要手段。

評價(jià)PCB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一一PCB用絕緣基板的等效導熱系數(九eq)進(jìn)行計算。

4. 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(cháng)方式排列,或按橫長(cháng)方式排列。

5. 同一塊PCB上的器件應盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區排列,發(fā)熱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(入口處),發(fā)熱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。

6. 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)對其他器件溫度的影響。

7. 對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區域(如設備的底部),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布局。

8. 設備內PCB的散熱主要依靠空氣流動(dòng),所以在設計時(shí)要研究空氣流動(dòng)路徑,合理配置器件或印制電路板??諝饬鲃?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)區域留有較大的空域。整機中多塊印制電路板的配置也應注意同樣的問(wèn)題。

9. 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。往往設計過(guò)程中要達到嚴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域,以免出現過(guò)熱點(diǎn)影響整個(gè)電路的正常工作。如果有條件的話(huà),進(jìn)行印制電路的熱效能分析是很有必要的,如現在一些專(zhuān)業(yè)PCB設計軟件中增加的熱效能指標分析軟件模塊,就可以幫助設計人員優(yōu)化電路設計。

10. 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。在設計功率電阻時(shí)盡可能選擇大一些的器件,且在調整印制板布局時(shí)使之有足夠的散熱空間。

11. 高熱耗散器件在與基板連接時(shí)應盡能減少它們之間的熱阻。為了更好地滿(mǎn)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。

12. 器件與基板的連接:

(1) 盡量縮短器件引線(xiàn)長(cháng)度;

(2)選擇高功耗器件時(shí),應考慮引線(xiàn)材料的導熱性,如果可能的話(huà),盡量選擇引線(xiàn)橫段面最大;

(3)選擇管腳數較多的器件。

13.器件的封裝選?。?/span>

(1)在考慮熱設計時(shí)應注意器件的封裝說(shuō)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(gè)良好的熱傳導路徑;

(3)在熱傳導路徑上應避免有空氣隔斷,如果有這種情況可采用導熱材料進(jìn)行填充。

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