技术资讯 I 一文了解 PCB 的有效导热系数

 

 

本文要点

 

 

PCB 有效导热系数的定义。

影响 PCB 有效导热系数的关键因素。

了解热模型中有效导热系数的准确度。

 

01

什么是 PCB 有效导热系数？
 

 

“有效导热系数”代表材料的传导热能力。当我们谈及 PCB 的有效导热系数时，我们谈论的是 PCB 将器件产生的热量转移到周围区域的能力。有效导热系数用 Keff 表示，单位是 W/m-K。

 

在 PCB 设计中，有效导热系数是热建模和分析中使用的一个重要参数，有助于工程师根据特定的假设和模型，预测一块摆满器件的 PCB 的导热效果。随着电子模块的尺寸不断缩小，设计人员应该关注有效导热系数。

 

PCB 有效导热系数反映了 PCB 的传热能力。

 

02

影响 PCB 有效导热系数的因素

 

一块 PCB 包含导电材料、绝缘体和安装的器件。PCB 中使用的每种材料都有不同的热导率。在推导 PCB 的有效导热系数时，要考虑到不同的热导率。

 

业界已经进行了各种研究来分析 PCB 的导热系数。不同的研究使用了不同类型的模型和假设。对于设计人员来说，PCB 的有效导热系数取决于以下几项因素。

 

 

1

器件尺寸

随着器件变得越来越小，自然散热的能力也不断下降。例如，与采用 TO-220 封装的 MOSFET 相比，采用 SOT-23 封装的 MOSFET 的导热垫片面积会更小。因此，安装在 PCB 上的器件的尺寸将影响其散热能力。

2

热过孔

热过孔是一些有意放置的孔，用于将热量从器件上散发出去。这类似于让热蒸汽有更多机会从粥里散发出去，而不是把它困在容器里。因此，一个区域内的热过孔越多，PCB 的有效导热系数就越高。

 

3

内部层

内部铜层的存在也会改变散热的速度和方向。铜的导热系数为 355 W/m-K，而 FR-4 为 0.25 m-K。如果有多个铜内层，PCB 的有效导热系数就会下降。当然，热过孔有助于更有效地将热量传递到内层。 

4

走线的几何形状
 

如果铜走线从头到尾是连贯的，那么 PCB 的有效导热系数就会很高。但是，如果走线中断，有效导热系数可能会下降，而这种情况在实际的 PCB 中时有发生。

 

03

有效导热系数是否有利于进行准确的 PCB 热建模？
 

 

有效导热系数易于计算，因此是分析时的首选。该参数通常是基于同构的 PCB 模型。然而，PCB 很少是同构的，尤其是多层 PCB。每层的器件排列、走线、铜面、过孔和焊盘都可能不一样。

 

 

因此，从传统模型中推导有效导热系数会有一定的误差。为了更准确地估计有效导热系数，需要对 PCB 的每一层进行深入分析。然后对表面进行像素化分析，以便更好地进行预测。

 

PCB 有效导热系数的准确度取决于建模，而无论采用何种技术，建模的准确度都取决于使用的软件工具。

 

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