隨著電子設(shè)備性能的不斷提升，散熱問(wèn)題成為了設(shè)計(jì)中不可忽視的一環(huán)。散熱不良不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能下降，還可能縮短設(shè)備的使用壽命。以下是十種提高PCB散熱效率的策略。

在電子設(shè)備中，PCB線路板的散熱問(wèn)題至關(guān)重要。隨著電子產(chǎn)品的性能不斷提升，其產(chǎn)生的熱量也隨之增加，因此，合理的散熱設(shè)計(jì)是確保電子設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，從而使設(shè)備內(nèi)部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)出去，設(shè)備就會(huì)持續(xù)的升溫，器件就會(huì)因過(guò)熱而失效，電子設(shè)備的可靠性能就會(huì)下降。

1、利用PCB板材的散熱潛力

盡管傳統(tǒng)的PCB板材如覆銅環(huán)氧玻璃布基材在電氣性能上表現(xiàn)出色，但其散熱能力有限。為了應(yīng)對(duì)高功率密度的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代PCB設(shè)計(jì)需要考慮板材的熱傳導(dǎo)性能。通過(guò)優(yōu)化板材選擇和布局，可以顯著提高散熱效率。

2、散熱器和導(dǎo)熱材料的應(yīng)用

對(duì)于高功率器件，單純的PCB散熱可能不足以滿(mǎn)足需求。這時(shí)，可以采用散熱器或?qū)岚鍋?lái)輔助散熱。對(duì)于多個(gè)發(fā)熱器件，可以考慮定制散熱罩或平板散熱器，并使用熱相變導(dǎo)熱墊來(lái)提高接觸效率。

3、器件排列的優(yōu)化

在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，應(yīng)根據(jù)器件的發(fā)熱量和耐熱性進(jìn)行分區(qū)排列。將耐熱性差的器件放置在冷卻氣流的上游，而將耐熱性好的器件放置在下游，以實(shí)現(xiàn)更有效的熱管理。

4、走線設(shè)計(jì)的策略

合理的走線設(shè)計(jì)對(duì)于散熱同樣重要。通過(guò)增加銅箔線路和導(dǎo)熱孔，可以提高PCB的熱傳導(dǎo)效率。同時(shí)，計(jì)算PCB的等效導(dǎo)熱系數(shù)，有助于評(píng)估和優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)。

5、布局的細(xì)致調(diào)整

在PCB布局中，大功率器件應(yīng)盡可能靠近邊緣布置，以縮短熱傳導(dǎo)路徑。在垂直方向上，應(yīng)將這些器件布置在上方，以減少對(duì)其他器件的影響。

6、空氣流動(dòng)路徑的規(guī)劃

空氣流動(dòng)是PCB散熱的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮空氣流動(dòng)路徑，合理配置器件，避免在某些區(qū)域形成較大的空域，以促進(jìn)空氣流動(dòng)。

7、敏感器件的安置

對(duì)于溫度敏感的器件，應(yīng)將其安置在溫度較低的區(qū)域，避免直接放置在發(fā)熱器件的上方，并在水平面上進(jìn)行交錯(cuò)布局。

8、發(fā)熱器件的散熱優(yōu)化

將功耗高和發(fā)熱大的器件布置在散熱條件最佳的位置附近，避免將它們放置在PCB的角落和邊緣，除非有額外的散熱裝置。

9、避免熱點(diǎn)的集中

在PCB設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免功率密度過(guò)高的區(qū)域，以防止熱點(diǎn)的形成。通過(guò)均勻分布功率，可以保持PCB表面溫度的均勻性。

10、創(chuàng)新散熱技術(shù)的應(yīng)用

除了傳統(tǒng)的散熱方法，還可以探索如熱管、相變材料、微通道冷卻等創(chuàng)新散熱技術(shù)，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的散熱需求。

PCB線路板的散熱方式多種多樣，包括基礎(chǔ)散熱設(shè)計(jì)、散熱片與散熱背板、風(fēng)扇散熱、熱管散熱、散熱膏與散熱管道等。

電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升。若不及時(shí)散熱，設(shè)備將持續(xù)升溫，可能引發(fā)器件過(guò)熱失效，進(jìn)而損害電子設(shè)備的可靠性。因此，對(duì)PCB電路板進(jìn)行合理的散熱設(shè)計(jì)顯得尤為重要。接下來(lái)，我們將深入探討PCB電路板的散熱技巧。

通過(guò)PCB板本身散熱

目前，覆銅/環(huán)氧玻璃布基材和酚醛樹(shù)脂玻璃布基材是PCB板材的主流選擇，同時(shí)還有少量的紙基覆銅板材在使用。這些基材在電氣性能和加工性能方面表現(xiàn)出色，然而它們的散熱性相對(duì)較差。在高發(fā)熱元件的散熱過(guò)程中，通常無(wú)法依賴(lài)PCB本身的樹(shù)脂來(lái)傳導(dǎo)熱量，而是主要依靠元件表面向周?chē)諝獾淖匀簧帷?

然而，隨著電子產(chǎn)品向部件小型化、高密度安裝和高發(fā)熱化組裝的方向發(fā)展，僅靠元件表面的小面積散熱已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。同時(shí)，QFP、BGA等表面安裝元件的廣泛使用導(dǎo)致元器件產(chǎn)生的熱量大量傳遞給PCB板。因此，提升與發(fā)熱元件直接接觸的PCB自身的散熱能力，通過(guò)PCB板將熱量傳導(dǎo)或散發(fā)出去，成為了解決散熱問(wèn)題的關(guān)鍵。

一種有效的解決方法是在PCB上增加散熱銅箔，并采用大面積的電源地銅箔。這樣不僅可以增強(qiáng)PCB的散熱能力，還能提高其導(dǎo)電性能，從而有效地解決散熱問(wèn)題。

▼熱過(guò)孔技術(shù)

在解決PCB散熱問(wèn)題時(shí)，熱過(guò)孔技術(shù)是一種重要的方法。通過(guò)在PCB上設(shè)計(jì)過(guò)孔，將高發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量直接傳導(dǎo)至PCB的另一面，再通過(guò)大面積的銅箔與外部散熱裝置連接，實(shí)現(xiàn)高效的熱量散發(fā)。這種技術(shù)有效地提升了PCB的散熱能力，確保了電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。

▼IC背面露銅技術(shù)，降低銅皮與空氣間的熱阻

在提升PCB散熱效果的探索中，IC背面露銅技術(shù)嶄露頭角。通過(guò)將IC背面的銅皮露出，增加其與空氣的接觸面積，從而有效降低了銅皮與空氣之間的熱阻。這一技術(shù)手段不僅改善了散熱條件，還有助于提升電子產(chǎn)品的整體性能。

PCB布局優(yōu)化：

熱敏感器件應(yīng)置于冷風(fēng)區(qū)域，以確保其穩(wěn)定工作。

溫度檢測(cè)器件需放置在溫度最高的位置，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)散熱情況。

在同一印制板上，器件應(yīng)依據(jù)其發(fā)熱量及散熱需求進(jìn)行分區(qū)排列。發(fā)熱量較小或耐熱性較差的器件，如小信號(hào)晶體管、小規(guī)模集成電路等，應(yīng)置于冷卻氣流的上游;而發(fā)熱量大或耐熱性好的器件，如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等，則宜放在冷卻氣流的下游。

水平方向上，大功率器件應(yīng)緊靠印制板邊緣，以縮短傳熱路徑;垂直方向上，則應(yīng)盡量將其布置在印制板上方，減少工作時(shí)對(duì)其他器件溫度的影響。

設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮空氣流動(dòng)路徑，合理布局器件或印制電路板，以提升散熱效果。

空氣在流動(dòng)時(shí)總是傾向于選擇阻力較小的地方，因此在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，應(yīng)避免在某個(gè)特定區(qū)域留下大面積的空域。同樣，在整機(jī)中配置多塊印制電路板時(shí)，也需注意這一問(wèn)題。對(duì)于那些對(duì)溫度敏感的器件，最好將它們安置在溫度最低的區(qū)域，例如設(shè)備的底部，并確保它們不會(huì)直接置于發(fā)熱器件的上方。為了更有效的散熱，多個(gè)器件應(yīng)在水平面上進(jìn)行交錯(cuò)布局。此外，應(yīng)將功耗最高且發(fā)熱量最大的器件放置在散熱效果最好的位置附近。同時(shí)，要避免將發(fā)熱量較高的器件置于印制板的角落或邊緣，除非這些區(qū)域附近配備了散熱裝置。在規(guī)劃功率電阻時(shí)，應(yīng)盡量選擇尺寸較大的器件，并在調(diào)整印制板布局時(shí)為其提供充足的散熱空間。此外，還需注意元器件之間的間距設(shè)計(jì)。

0高發(fā)熱器件的散熱解決方案

在印制電路板中，當(dāng)少數(shù)器件發(fā)熱量較大時(shí)(少于3個(gè))，我們可以考慮在器件上增加散熱器或?qū)峁軄?lái)進(jìn)行散熱。若溫度仍無(wú)法降低，還可以采用帶有風(fēng)扇的散熱器，以強(qiáng)化散熱效果。

然而，當(dāng)發(fā)熱器件數(shù)量較多時(shí)(多于3個(gè))，我們則需要采用大型的散熱罩(板)。這種散熱罩是根據(jù)PCB板上發(fā)熱器件的布局和高低來(lái)定制的專(zhuān)用散熱器，或者是在一個(gè)大的平板散熱器上按照元件的高低位置進(jìn)行摳孔。

使用時(shí)，將散熱罩整體覆蓋在元件面上，通過(guò)與每個(gè)元件的緊密接觸來(lái)進(jìn)行散熱。但需要注意的是，由于元器件裝焊時(shí)的高度一致性可能存在問(wèn)題，這種直接接觸的散熱方式效果并不總是最佳。為了改善這一問(wèn)題，我們通常會(huì)在元器件面上加入柔軟的熱相變導(dǎo)熱墊，以提高散熱效果。

在采用自由對(duì)流空氣冷卻的設(shè)備中，應(yīng)優(yōu)先考慮將集成電路(或其他器件)按照其縱長(zhǎng)或橫長(zhǎng)方向進(jìn)行排列，以?xún)?yōu)化散熱效果。

通過(guò)合理的走線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)散熱是關(guān)鍵。由于PCB板材中的樹(shù)脂導(dǎo)熱性不佳，而銅箔線路和孔則是優(yōu)良的熱導(dǎo)體，因此，提高銅箔的利用率并增加導(dǎo)熱孔的數(shù)量，是提升散熱效果的重要措施。在評(píng)估PCB的散熱能力時(shí)，需要綜合考慮由不同導(dǎo)熱系數(shù)的材料構(gòu)成的復(fù)合材料，特別是PCB用絕緣基板的等效導(dǎo)熱系數(shù)。

在同一塊印制板上，應(yīng)依據(jù)器件的發(fā)熱量及散熱需求進(jìn)行合理分區(qū)。發(fā)熱量較小或耐熱性較差的器件，例如小信號(hào)晶體管、小規(guī)模集成電路以及電解電容等，應(yīng)置于冷卻氣流的最上游，即入口處。而發(fā)熱量大或耐熱性好的器件，如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等，則應(yīng)置于冷卻氣流的最下游。

在水平布局上，應(yīng)盡量將大功率器件靠近印制板的邊緣，以縮短傳熱路徑。同時(shí)，在垂直方向上，大功率器件也應(yīng)靠近印制板的上方，以減少其工作時(shí)對(duì)其他器件溫度的影響。

印制板的散熱主要依賴(lài)于空氣流動(dòng)，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需深入研究空氣的流動(dòng)路徑，并據(jù)此合理布置器件或印制電路板。由于空氣流動(dòng)傾向于阻力較小的區(qū)域，所以在配置器件時(shí)，應(yīng)避免在某處留下較大的空域。此外，整機(jī)中多塊印制電路板的配置也需考慮這一問(wèn)題。

將溫度敏感的器件置于溫度最低的區(qū)域，例如設(shè)備的底部，以避免其直接置于發(fā)熱器件的正上方。在水平面上，建議多個(gè)器件交錯(cuò)布局，以確保散熱效果。

將功耗最高、發(fā)熱量最大的器件置于散熱效果最佳的位置附近。同時(shí)，要避免將發(fā)熱量較高的器件置于印制板的角落或邊緣，除非這些位置附近配備了散熱裝置。

在功率電阻的設(shè)計(jì)上，應(yīng)盡可能選擇尺寸較大的器件，并在調(diào)整印制板布局時(shí)為其提供充足的散熱空間。此外，應(yīng)努力避免PCB上的熱點(diǎn)集中，力求將功率均勻分布在PCB板上，從而保持PCB表面溫度的均勻性和一致性。

在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)功率的嚴(yán)格均勻分布往往具有挑戰(zhàn)性。然而，必須采取措施避免功率密度過(guò)高的區(qū)域，以防出現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)，進(jìn)而影響整個(gè)電路的穩(wěn)定工作。有條件的情況下，對(duì)印制電路進(jìn)行熱效能分析顯得尤為重要。如今，許多專(zhuān)業(yè)的PCB設(shè)計(jì)軟件都配備了熱效能指標(biāo)分析模塊，這些工具能協(xié)助設(shè)計(jì)師優(yōu)化電路布局。

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電子設(shè)備的具體需求和條件選擇合適的散熱方式。通過(guò)合理的散熱設(shè)計(jì)，可以確保電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)其使用壽命。