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PCB的热设计

【2016-08-08】 浏览次数:1090
1、热设计的重要性
电子设备在工作期间所消耗的电能,除了有用功外,大部分转化成热量散发。电子设备产生的热量,使内部温度迅速上升,如果不及时将该热量散发,设备会继续升温,器件就会因过热失效,电子设备的可靠性将下降。SMT使电子设备的安装密度增大,有效散热面积减小,设备温升严重地影响可靠性,因此,对热设计的研究显得十分重要。
 
2、印制电路板温升因素分析
引起印制板温升的直接原因是由于电路功耗器件的存在,电子器件均不同程度地存在功耗,发热强度随功耗的大小变化。
印制板中温升的 2 种现象:
(1) 局部温升或大面积温升;
(2) 短时温升或长时间温升。 在分析 PCB 热功耗时,一般从以下几个方面来分析。
2.1 电气功耗
(1)分析单位面积上的功耗;
(2)分析 PCB 板上功耗的分布。
2.2 印制板的结构
(1)印制板的尺寸;
(2)印制板的材料。
2.3 印制板的安装方式
(1)安装方式(如垂直安装,水平安装);
(2)密封情况和离机壳的距离。
2.4 热辐射
(1)印制板表面的辐射系数;
(2)印制板与相邻表面之间的温差和他们的绝对温度
2.5 热传导
(1)安装散热器;
(2)其他安装结构件的传导。
2.6 热对流
(1)自然对流;
(2)强迫冷却对流。
从 PCB上述各因素的分析是解决印制板的温升的有效途径,往往在一个产品和系统中这些因素是互相关联和依赖的,大多数因素应根据实际情况来分析,只有针对某一具体实际情况才能比较正确地计算或估算出温升和功耗等参数。
 
3、热设计原则
3.1 选材
(1)印制板的导线由于通过电流而引起的温升加上规定的环境温度应不超过 125 ℃(常用的典型值。根据选用的板材可能不同)。由于元件安装在印制板上也发出一部分热量,影响工作温度,选择材料和印制板设计时应考虑到这些因素,热点温度应不超过 125 ℃。尽可能选择更厚一点的覆铜箔。
 ( 2 )特殊情况下可选择铝基、陶瓷基等热阻小的板材。
(3) 采用多层板结构有助于 PCB 热设计。
3.2保证散热通道畅通
(1)充分利用元器件排布、铜皮、开窗及散热孔等技术建立合理有效的低热阻通道,保证热量顺利导出 PCB。
(2)散热通孔的设置 设计一些散热通孔和盲孔,可以有效地提高散热面积和减少热阻,提高电路板的功率密度。如在 LCCC 器件的焊盘上设立导通孔。在电路生产过程中焊锡将其填充,使导热能力提高,电路工作时产生的热量能通过通孔或盲孔迅速地传至金属散热层或背面设置的铜泊散发掉。在一些特定情况下,专门设计和采用了有