PCB的热管理需求：散热设计技术

印刷电路板（PCB）是电子系统的基本组件。PCB的性能增强了整个设备的性能。随着设备的小型化，单位面积产生的热量增加了。反过来，这会使设备内的组件发生故障，从而缩短设备的使用寿命。电子设备中主要的发热组件是微处理器，晶体管，电阻器，电池，焊点和铜走线。当数百万个这样的组件在一个小区域内堆积在一起时，产生的热量将成倍增加。可以通过维持严格的热设计程序并在设备内提供电路冷却设施来缓解热量过多的问题。

PCB的热管理需求

PCB的性能通过其速度，精度和寿命等参数进行评估。电路中产生的过多热量会影响电路的性能。由于电流的流动，PCB中会产生热量。电路中产生的热量为

发热= I 2 R

其中，I是电路中流动的电流，R是电路热阻。

热阻也表示为。ϴ的值为

ϴ = l / A * K

哪里

是热路径的长度

A是路径的横截面积，并且

K是导热系数

工程师的设计目标将是通过优化任何这些参数以获得更好的性能来降低电路的热阻。高频运行的设备可能会由于自耦合和相互耦合而发热。

减少热量的产生可以通过组件的选择，放置和方向来实现。尤其是对于高速，高性能应用，考虑到高工作频率和设备紧凑性，热管理变得至关重要。

PCB热剖面分析

PCB的热分析可以在仿真阶段或在器件测试阶段进行。该分析为设计工程师提供了PCB内部热量形成和传递的概念。然后，他们可以使用结果和模拟来提出有助于他们更好地管理热量的技术。使用的一些分析技术是：

视力检查

在操作过程中目视检查设备，以查找是否有燃烧，过热或组件损坏的迹象。组件变色和燃烧的气味是设备故障的一些迹象。可以识别并纠正诸如短路之类的简单问题。

红外摄像机测试

热像仪红外热像仪可以查明热泄漏的位置。IR分析对于发现假冒或有缺陷的组件很有用。焊锡不足，电阻更高和散热更多的走线，可以使用IR分析来识别。

热分析仪测试

这是原型前仿真级别的检查。软件仿真可以报告设计中潜在的发热区域。使用此报告，可以在实际生产PCB时进行设计调整。仿真大大节省了时间和成本。仿真还可以提供有关在不同环境温度下设备性能的数据。这将增强设备的可靠性

PCB散热设计技术

设计技术和组件选择可以帮助减少PCB中的热量产生。常用技术包括散热孔，散热器，热管和铜接地板等。在某些设备中还提供了冷却风扇以引起外部冷却。某些设备（例如，笔记本电脑）中同时使用了散热器，热管和风扇，这两种技术的结合也被采用。

金属作为导热垫

铜是良好的热导体。在PCB下方使用较厚的铜垫作为散热垫。此技术称为外部散热器。铜板将热量散布到整个板上，从而减少了任何特定的组件损坏。

PCB材料的选择

设计人员选择的PCB材料应具有以下特性：在很宽的温度和相对湿度范围内具有稳定的介电性能，在很大的温度范围内具有稳定的热机械性能，并且与构成PCB的其他材料具有热兼容性。耐热的PCB材料可降低温度变化的风险。

内部散热片/散热孔通过阵列设计

内部散热器是金属通孔，可将热量从顶层传导到绝缘层，以将热量分布在下面的铜平面上。散热孔可以是简单且空心的，也可以填充环氧树脂并镀铜。通孔可改善热传导。散热孔可显着降低热阻。通孔离热源越近，导热性越好，系统的热性能也越好。

冷却系统

冷却系统可以与设备集成在一起以改善散热。冷却系统可以是强制空气冷却型或流体冷却型。通过策略性地放置冷却风扇以释放热量来完成强制空气冷却。流体冷却通过热交换器过程完成。对于紧凑的低功率设备，风扇是优选的，而对于产生高热量的关键设备，则优选流体冷却。

优化散热设计的挑战

• 缩小PCB面积
• 电路性能和速度
• 性价比
• 抗环境温度

编辑：hfy