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PCBA方案設計
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PCB廠家講解PCB設計及散熱知識
22Sep
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PCB廠家講解PCB設計及散熱知識

PCB廠家講解PCB設計及散熱知識


對于電子設備來說,在運行過程中會產生一定的熱量,使設備內部溫度迅速升高。 如果熱量不及時散發,設備溫度會持續升高,器件會因過熱而失效,電子設備的可靠性會下降。 因此,對電路板進行良好的散熱處理非常重要。


電路板冷卻方式:

1 通過PCB散熱

目前廣泛使用的PCB板是覆銅/環氧玻璃布基板或酚醛樹脂玻璃布基板,也有少數紙基覆銅板。 盡管這些基板具有優異的電氣和加工性能,但散熱性較差。 作為高發熱元件的散熱方式,它們很難指望從PCB本身的樹脂傳導熱量,而是將熱量從元件表面散發到周圍空氣中。 然而,隨著電子產品進入小型化、元件高密度安裝、高發熱組裝時代,僅僅依靠表面積很小的元件表面進行散熱是不夠的。 同時,由于QFP、BGA等表面貼裝元件的大量使用,元件產生的大量熱量被轉移到PCB板上。 因此,解決散熱的最佳方法是提高與發熱元件直接接觸的PCB本身的散熱能力,通過PCB板傳導或散發。

printed circuit board

2 高發熱體加散熱器及導熱板

當PCB中發熱能力較大的元件較少(小于3個)時,可在發熱元件上加散熱器或傳熱管。 當溫度無法降低時,可以使用帶風扇的散熱器來增強散熱效果。 當加熱裝置較多(3個以上)時,可采用較大的散熱罩(板)。 它是根據PCB板上發熱器件的位置和高度定制的專用散熱器,或者可以在大型平板散熱器上挑選不同的元件高低位置。 將隔熱罩整體扣在元件表面,并與各個元件接觸散熱。 但由于組裝、焊接時元件一致性差,散熱效果不佳。 通常會在元件表面添加軟質熱相變導熱墊,以提高散熱效果。


3 對于采用自然對流空氣冷卻的設備,集成電路(或其他器件)最好縱向或橫向布置。


4 在水平方向上,大功率器件盡可能靠近印制板邊緣布置,以縮短傳熱路徑; 在垂直方向上,大功率器件應盡可能靠近印制電路板頂部布置,以減少這些器件在工作時對其他器件溫度的影響。


5 同一印制板上的元件應根據其發熱量和散熱程度盡可能分區排列。 發熱量低或耐熱性差的元件(如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容器等)應放置在冷卻氣流的頂部(入口),發熱量高的元件應放置在冷卻氣流的頂部(入口)。 值或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規模集成電路等)應放置在冷卻氣流的底部。


6 將功耗和發熱最高的器件布置在最佳散熱位置附近。 不要將發熱高的元件放置在印制板的角落和周圍邊緣,除非附近有散熱器。 在功率電阻設計時,盡量選擇較大的器件,并在調整印制電路板布局時使其有足夠的散熱空間。


7 設備中印刷電路板的散熱主要依靠氣流,因此設計時應研究氣流路徑,對設備或印刷電路板進行合理配置。 空氣流動時,總是傾向于流向阻力小的地方。 因此,在PCB上配置元器件時,要避免在某一區域留有較大的空間。 整機多塊印刷電路板的配置也應注意同樣的問題。


8 對溫度敏感的設備應放置在溫度最低的區域(如設備底部),不應放置在加熱設備的正上方。 多臺設備應在水平面上錯開布置。


9 避免PCB上熱點集中,盡可能將功率均勻分布在PCB上,保持PCB表面溫度性能的均勻性和一致性。 在設計過程中往往很難做到嚴格的均勻分布,但必須避開功率密度過高的區域,以免出現熱點,影響整個電路的正常工作。 如果條件允許,有必要對印制電路進行熱效率分析。 例如,一些專業PCB設計軟件中添加熱效率指標分析軟件模塊,可以幫助設計人員優化電路設計。


10采用合理的布線設計,實現散熱


由于片材中的樹脂導熱性能較差,而銅箔線路和孔是熱的良導體,因此提高銅箔殘留率和增加導熱孔是散熱的主要手段。為了評估PCB的散熱能力,需要計算PCB絕緣基板的等效導熱系數(9eq),PCB是由多種不同導熱系數的材料組成的復合材料。

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