PCB的热分析与热
电子电路PCB的散热分析与设计

电子电路PCB的散热分析与设计随着科技的不断发展,电子设备已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
然而,在电子设备运行过程中,由于电路板上的元器件会产生大量的热能,如果散热不良,会导致设备性能下降、可靠性降低甚至出现安全问题。
因此,针对电子电路PCB的散热分析与设计至关重要。
本文将结合实际案例,对电子电路PCB的散热问题进行分析和讨论。
电路板的热阻:热阻是表示热量传递难易程度的物理量,值越小表示热量传递越容易。
电路板的热阻主要包括元器件的热阻和电路板本身的热阻,其中元器件的热阻受到其功耗、结点温度等因素的影响。
自然对流:自然对流是指空气在温度差的作用下产生的流动现象。
在电子设备中,自然对流可将热量从电路板表面传递到周围环境中,从而降低电路板温度。
然而,自然对流的散热效果受到空气流动速度、环境温度等因素的影响。
强迫通风:强迫通风是通过风扇等装置强制空气流动,以增强电子设备的散热能力。
强迫通风的散热效果主要取决于风扇的功率、风量等因素。
选择合适的导热材料:导热材料具有将热量从高温区域传导到低温区域的能力,常用的导热材料包括金属、陶瓷、石墨烯等。
在电路板设计中,应根据元器件的功耗和结点温度等因素,选择合适的导热材料。
提高电路板表面的散热能力:提高电路板表面的散热能力可以有效降低电路板的温度。
常用的方法包括增加电路板表面积、加装散热片、使用热管等。
合理安排元器件的布局:元器件的布局对电路板的散热效果有着重要影响。
在布局时,应尽量将高功耗元器件放置在电路板的边缘或中心位置,以方便热量迅速散出。
同时,应避免将高功耗元器件过于集中,以防止局部温度过高。
增强自然对流:自然对流是电路板散热的重要途径之一。
在电路板设计中,应尽量减少对自然对流的阻碍,如避免使用过高的结构、保持电路板表面的平整度等。
可在电路板下方或周围增加通风口或风扇等装置,以增强自然对流的散热效果。
采用强迫通风:强迫通风可以显著提高电子设备的散热能力。
PCB的热分析与热设计(doc 6)

PCB的热分析与热设计(doc 6)PCB的热设计热分析、热设计是提高印制板热可靠性的重要措施。
基于热设计的基本知识,讨论了PCB设计中散热方式的选择、热设计和热分析的技术措施。
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。
有散热层的电路板,散热材料一般为铜/钼等材料,如一些模块电源上采用的印制板。
(3)导热材料的使用为了减少热传导过程的热阻,在高功耗器件与基材的接触面上使用导热材料,提高热传导效率。
(4)工艺方法对一些双面装有器件的区域容易引起局部高温,为了改善散热条件,可以在焊膏中掺入少量的细小铜料,再流焊后在器件下方焊点就有一定的高度。
使器件与印制板间的间隙增加,增加了对流散热。
3.3元器件的排布要求(1)对PCB进行软件热分析,对内部最高温升进行设计控制;(2)可以考虑把发热高、辐射大的元件专门设计安装在一个印制板上;(3)板面热容量均匀分布,注意不要把大功耗器件集中布放,如无法避免,则要把矮的元件放在气流的上游,并保证足够的冷却风量流经热耗集中区;(4)使传热通路尽可能的短;(5)使传热横截面尽可能的大;(6)元器件布局应考虑到对周围零件热辐射的影响。
毕业设计-印刷电路板的热仿真与热分析

东北大学本科毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书印刷电路板的热仿真与热分析摘要对印刷电路板进行热分析的主要目的是有针对性地对电路板结构及元器件进行合理安排,并采取热控制措施,有效地把印制板上的热传导到外部,达到消除局部热点,降低过热元器件温度,使电子产品能安全可靠地工作。
本文主要完成以下工作:(1)介绍了电子设备热分析技术的发展概况,并简要地概括了PCB温升的主要原因及其对电子元件的影响,介绍了一些常用PCB热分析的基础知识。
(2)介绍了传热学的基本原理及求解PCB温度场的基本方法,重点介绍了有限容积法。
并对PCB简化模型进行数值求解,计算PCB的有效导热系数的以及多层板的热阻。
(3)采用Flotherm软件,对单热源情况下影响PCB热分布的因素进行仿真验证。
具体分析了PCB的内层铜厚度对PCB的平面导热系数,平面热阻,板与器件温度的影响;分析了PCB中热过孔的个数对PCB的厚度方向散热能力的影响,并利用过孔热阻理论分析了热过孔参数设置对PCB热阻及热分布的影响;分析了PCB的边界条件—环境温度对电子元器件的结点温度和PCB的平均温度的影响。
(4)考虑到实际的PCB板上会有许多器件,会有不同的热源,所以研究了器件布局对PCB温度的影响。
应用热力导向优化算法,分析了电子元器件的优化布局对元器件以及PCB的温度的影响,并得出最优的器件布局坐标,可对实际的PCB工程器件布局上进行指导。
(5)最后,用PCB设计软件画出一个半桥模块的PCB,并通过Flotherm建立起实例的热仿真工程,对其进行热仿真,并将仿真结果与实际用红外热成像仪测试的结果进行比较。
关键词:热分析;PCB热模型;导热系数;热力优化导向算法Thermal Simulation and Analysis of Printed Circuit BoardAbstractThe main purpose to analyze the thermal of the electronics circuit board is to arrange the structures and components on the circuit board pertinent, and take measures to transmit heat effectively to external of the PCB , order to eliminate local hot spots, reduce the temperature of power components, and guarantee electronic products to work safely and reliably.The main work of this thesis is showed as follows,(1)Introduce the development of electronic equipment thermal analysis technique, briefly summarize the main reason of temperature rising in PCB and the influence on electronic components, and introduce the basic knowledge of PCB thermal analysis.(2)Introduce the basic principles of heat transfer theory and basic solving methods of the PCB temperature field, emphatically introduced the finite volume method. Find the numerical solution of the PCB simplified model. And calculate the thermal resistance of multilayer PCB and the effective thermal conductivity.(3)Using the Flotherm, to simulate the PCB heat distribution factors on condition of the single heat situation. Analysis the impact of the thickness of copper of the inner layer on the PCB planar thermal conductivity detailed, planar thermal resistance, the influence of board and components temperature; analyze the influence of the number of thermal vias on PCB thickness direction of the cooling capacity of the PCB, and availed theoretical analysis of the effects of thermal hole thermal vias on the PCB thermal resistance parameters and thermal distribution; analyzes the boundary conditions of the PCB that the impact of ambient temperature on the junction temperature electronic components and PCB's average temperature.(4)Considering the actual PCB board will have many devices and different heat sources, this paper research the influence of the device layout of the PCB on the temperature. Heat-oriented optimization method is used to analyze the influence ofelectronic components to optimize the layout of components and PCB temperature and derive the optimal device layout coordinates, can the device works on the actual PCB layout guidance.(5)Finally, the PCB design software draw a half-bridge module, establish the thermal simulation project, and operate its thermal simulation, the simulation results compared with the actual infrared thermal imager test results.Key words: Thermal analysis; thermal model of PCB; thermal conductivity; Heat-oriented application optimization algorithm;目录毕业设计(论文)任务书 (I)摘要 ........................................................................................................................................... I I Abstract ................................................................................................................................... I II 第一章绪论 .. (1)1.1 研究的背景及意义 (1)1.1.1 温度对电子设备的影响 (1)1.1.2 热分析的目的 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 PCB热分析概述 (3)1.3.1 PCB结构及分类 (4)1.3.2 PCB温度升高的主要原因 (5)1.3.3 PCB温度升高对电子元器件的影响 (5)1.4 本文的主要研究内容 (6)第二章PCB热分析的基本原理与分析方法 (9)2.1 热传递的基本规律 (9)2.1.1 热传递的基础知识 (9)2.1.2 传热的三种基本方式 (10)2.2 传热微分方程 (13)2.2.1 传热微分方程的基本形式 (13)2.2.2 传热微分方程的边界条件 (13)2.3 热分析的方法 (14)2.3.1 热分析的几种方法 (14)2.3.2 有限容积法介绍 (14)2.4 本章小结 (17)第三章PCB的建模 (19)3.1 PCB模型的建立 (19)3.1.1 N层PCB的简化模型 (19)3.1.2 N层PCB面内导热系数和法向导热系数的计算 (20)3.1.3 PCB建模的相关研究 (21)3.2 PCB热阻的计算 (21)3.3 本章小结 (23)第四章影响PCB热分布的因素分析 (25)4.1 内层铜皮的影响 (25)4.1.1 热阻计算理论 (26)4.1.2 仿真结果与分析 (27)4.2 热过孔个数的影响 (30)4.2.1 仿真结果与分析 (31)4.3 热过孔参数的影响 (32)4.3.1 过孔热阻比值计算 (32)4.3.2 仿真结果与分析 (35)4.4 环境温度的影响 (36)4.4.1 仿真结果与分析 (37)4.5 本章小结 (38)第五章PCB布局优化与仿真 (41)5.1 热力导向优化算法 (41)5.2 热力导向优化算法的基本原理 (42)5.3 热力导向算法的热斥力模型 (43)5.4 热力导向算法流程图 (45)5.5 仿真验证 (48)第六章PCB热仿真及分析 (52)6.1 半桥电路的原理图与PCB图 (52)6.2 PCB热仿真过程 (53)6.2.1 建立新的热仿真工程项目: (53)6.2.2 设置PCB的物理模型 (53)6.2.3 半桥电路PCB热仿真结果与实际测量结果 (55)第七章全文总结与展望 (58)7.1 全文总结 (58)7.2 设想与展望 (58)参考文献 (60)致谢 (62)附录A (63)第一章绪论在设计普通电路的时候,很少考虑到其散热的问题,因为芯片的功耗一般很小,在自然散热的情况下,芯片的温度不会升高太多。
单面刚性印制电路板的导热性分析与优化

单面刚性印制电路板的导热性分析与优化导热性是单面刚性印制电路板(Single-Sided Rigid Printed Circuit Board)设计中至关重要的一项指标。
在现如今高性能电子设备的时代,电子元件的集成度越来越高,功耗也越来越大,导致电路板产生大量的热量。
如果不及时有效地排除这些热量,将会导致电路板过热,甚至损坏电子元件,降低设备的可靠性和寿命。
因此,对单面刚性印制电路板的导热性进行分析与优化是非常重要的。
首先,分析单面刚性印制电路板的导热性。
导热性能的好坏决定了电路板能否迅速而有效地将热量传导到散热器或外部环境中。
单面刚性印制电路板的导热性主要受到两个因素的影响:材料的导热系数和结构设计。
材料的导热系数(Thermal Conductivity)是指材料在单位温度梯度下导热的能力。
选择具有较高导热系数的材料可以提高导热性能,如铝基板、铜基板等。
这些材料具有较高的热传导速率,能够快速地将热量从电路元件传导到散热器或外部环境中。
除了材料的导热系数外,结构设计也对导热性起着重要作用。
优化单面刚性印制电路板的导热性需要考虑以下几个方面:1. 简化电路板布局:合理设计电路板布局,尽量减少热量集中区域,避免热点(Hot Spot)的出现。
将电源、大功耗元件等区域分散布置,以均匀分布热量,减少在局部区域形成高温的可能性。
2. 增加导热通道:通过在电路板上设计散热梁或导热塞,增加导热通道,促进热量传导。
这样可以提高导热效率,减少局部温度升高。
3. 合理选择散热器:在设计单面刚性印制电路板时,要根据实际情况合理选择散热器并合理安放。
散热器的材质、结构以及与电路板的接触方式都会对导热性能产生影响。
选择具有较高热导率的散热器,并确保良好的接触面,能有效提升导热性。
4. 优化电路板厚度:适当调整单面刚性印制电路板的厚度,以获得更好的导热性能。
过薄的电路板可能会导致导热性能不佳,而过厚的电路板则会增加制造成本。
CCL和PCB热分析简介

CCL和PCB热分析简介热分析(Thermal Analysis)是指对物质在温度及热处理过程中性能变化的研究手段,它是一个非常重要的研究领域。
在材料科学、化学工程、高分子化学、微电子技术等领域中都广泛应用。
本文将介绍两个常见的热分析方法:CCL和PCB热分析。
CCL(Copper Clad Laminate,即铜铝基板)是电子元器件在IC、PCB等领域中常见的一种基底材料。
CCL能够提供电气连接和机械支撑的功能,同时还能传导和分散电子设备产生的热量。
因此,对于CCL的热分析非常重要。
CCL的热分析主要包括热导率、热膨胀系数和热容量的测定。
热导率是指物质在温度梯度下传导热量的能力。
对于CCL而言,热导率的高低直接影响着其散热性能。
热膨胀系数是指物质在温度变化时长度或体积的变化程度。
对于电子设备而言,温度变化会引起CCL材料的膨胀或收缩,从而可能导致器件的失效。
热容量是指物质单位质量或单位体积在温度变化时所吸收或释放的热量。
热容量的高低直接影响着CCL的热吸收和释放能力。
为了进行CCL的热分析,常见的实验方法有热导率测试仪、热膨胀仪和热分析仪等。
其中,热导率测试仪通过测定样品在温度梯度下的温度变化来计算热导率。
热膨胀仪则通过测量样品的长度或体积变化来计算热膨胀系数。
热分析仪则通过测量样品在升温过程中释放的热量来测定热容量。
相比于CCL的热分析,PCB(Printed Circuit Board,即印刷电路板)的热分析更为复杂。
PCB是电子设备的重要组成部分,其热分析主要涉及热传导、热阻和热沉等内容。
热传导是指物质内部传导热量的能力。
对于PCB而言,其内部材料的热导率直接影响着整个PCB的散热性能。
高热导率的材料可以有效的传导热量,提高PCB的散热效果。
热阻是指物质对热流的阻力。
PCB在散热过程中会面临的主要热阻包括材料间的接触热阻、界面热阻和空气换热热阻等。
热沉是指将热量从PCB传导到外部环境的部分。
印制电路板(PCB)热设计

目录分析
1.1热传递的三种方 式
1.2热设计的术语和 定义
1.3热设计的基本要 求与原则
1.4热设计仿真工具
1.1.1导热 1.1.2热辐射 1.1.3对流
1.3.1热设计的基本要求 1.3.2热设计的基本原则 1.3.3冷却方式的选择
1.4.1 PCB的热性能分析 1.4.2热仿真软件FloTHERM 1.4.3散热仿真优化分析软件ANSYS Icepak 1.4.4 ADI功耗与管芯温度计算器
4.3.1 BGA表面焊盘的布局和尺寸 4.3.2 BGA过孔焊盘的布局和尺寸 4.3.3 BGA信号线间隙和走线宽度 4.3.4 BGA的PCB层数 4.3.5 μBGA封装的布线方式和过孔 4.3.6 Xilinx公司推荐的焊盘过孔设计规则
4.4.1不同板材密集散热通孔的耐热性能 4.4.2影响PCB密集散热通孔区分层的主要因素及优化 4.4.3 BGA密集散热通孔耐热性能影响因素分析
6.6.1热分析模型 6.6.2散热器的选择
作者介绍
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读书笔记
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精彩摘录
这是《印制电路板(PCB)热设计》的读书笔记模板,可以替换为自己的精彩内容摘录。孔电容 4.1.3过孔电感 4.1.4过孔的电流模型 4.1.5典型过孔的R、L、C参数 4.1.6过孔焊盘与孔径的尺寸 4.1.7过孔与SMT焊盘图形的关系
4.2.1不同覆铜量PCB的热阻 4.2.2散热通孔的热阻 4.2.3未开孔区域的PCB热阻 4.2.4整个PCB的热阻 4.2.5散热通孔的优化
5.1 PCB热设计的基 本原则
pcb的热设计标准

pcb的热设计标准PCB的热设计标准。
在PCB(Printed Circuit Board)设计中,热管理是非常重要的一环。
良好的热设计可以确保电子元件在工作时保持稳定的温度,提高系统的可靠性和性能。
本文将介绍PCB的热设计标准,帮助大家更好地理解和应用于实际设计中。
首先,热设计的基本原则是要充分考虑电子元件的散热需求。
在布局元件时,应该合理地安排元件的位置,保证它们之间有足够的散热空间。
同时,还需要考虑到元件的功耗和工作环境的温度,选择合适的散热方式,如散热片、散热器等。
其次,对于高功率元件,还需要考虑到散热路径的设计。
要确保散热路径的通畅,避免热量在元件之间滞留,导致局部温度过高。
可以通过增加散热片的数量、加大散热器的尺寸等方式来改善散热路径,提高整体的散热效果。
另外,对于多层PCB设计,还需要考虑到内层元件的散热。
在布局时,应该尽量将高功率元件放置在靠近PCB表面的位置,减少热量传导的阻力,提高散热效果。
同时,可以通过在内层铺设散热铜箔来增加散热面积,提高散热效率。
此外,还需要注意PCB的散热与外壳的散热的配合。
在设计外壳时,应该考虑到PCB的散热需求,留出足够的散热空间和散热孔,保证热量能够顺利地传递到外壳上,并通过外壳散热出去。
同时,还可以通过在外壳上增加散热片、散热孔等方式来提高外壳的散热效果。
最后,热设计的标准还包括对材料的选择和加工工艺的要求。
应该选择具有良好导热性能的材料,如铝基板、铜基板等,以提高散热效果。
在加工工艺上,还需要注意控制焊接温度、时间,避免对元件的损坏,影响散热效果。
总之,PCB的热设计标准是一个综合性的工程,需要考虑到多个方面的因素。
只有充分理解并合理应用这些标准,才能设计出高可靠性、高性能的PCB电路板。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地掌握PCB的热设计技术,提高设计水平,为电子产品的发展贡献自己的力量。
封装-PCB系统的热分析:挑战及对策

如今越来越多的封装/ PCB系统设计需要进行热分析。
功耗是封装/ PCB 系统设计中的关键问题,需要仔细考虑热和电两个领域的问题。
为了更好地理解热分析,我们以固体中的热传导为例,并利用两个领域的对偶性。
图1和表1描述了电域与热域之间的基本关系。
图1. 电域与热域之间的基本关系(点击查看大图)表1. 电域与热域之间的基本关系(点击查看大图)电域与热域之间存在一些差异,比如:·在电域,电流被限制在特定电路元件内流动,但在热域中,热流通过三种热传导机制(传导、对流和辐射)在三维空间从热源散发出去·元件之间的热耦合比电耦合更加明显且难以分离·测量工具不同。
对于热分析,红外热像仪和热电偶取代了示波器和电压探头当固体或静止流体介质中存在温度梯度时发生热传导。
热对流和热辐射是比热传导更复杂的热传输机制。
热对流发生在固体表面与不同温度流体材料接触时。
热辐射来自于所有温度大于绝对零度的物质的电磁辐射。
图2显示了三种热传输工作图。
所有上述热传输机制的一维应用的描述性等式如表2所示。
图2. 三种热传输机制(点击查看大图)表2. 不同热传输模式的方程(点击查看大图)其中:Q为每秒传输的热量(J/s)k为导热系数(W/(K.m))A为物体的截面积(m2)ΔT为温差Δx为材料厚度h c 为对流传热系数h r为辐射传热系数T1为一侧的初始温度T2为另一侧的温度T s为固体表面的温度(o C)T f为流体的平均温度(o C)T h为热端温度(K)T c为冷端温度(K)ε为物体的辐射系数(对于黑体)(0~1)σ为Stefan-Boltzmann常数=5.6703*10-8 (W/(m2K4))Sigrity TM PowerDC TM是一种经过验证的电热技术,多年来一直应用于设计、分析及验收封装和PCB。
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PCB的热设计
热分析、热设计是提高印制板热可靠性的重要措施。
基于热设计的基本知识,讨论了PCB设计中散热方式的选择、热设计和热分析的技术措施。
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散热层的电路板,散热材料一般为铜/钼等材料,如一些模块电源上采用的印制板。
(3)导热材料的使用为了减少热传导过程的热阻,在高功耗器件与基材的接触面上使用导热材料,提高热传导效率。
(4)工艺方法对一些双面装有器件的区域容易引起局部高温,为了改善散热条件,可以在焊膏中掺入少量的细小铜料,再流焊后在器件下方焊点就有一定的高度。
使器件与印制板间的间隙增加,增加了对流散热。
3.3元器件的排布要求(1)对PCB进行软件热分析,对内部最高温升进行设计控制;(2)可以考虑把发热高、辐射大的元件专门设计安装在一个印制板上;(3)板面热容量均匀分布,注意不要把大功耗器件集中布放,如无法避免,则要把矮的元件放在气流的上游,并保证足够的冷却风量流经热耗集中区;(4)使传热通路尽可能的短;(5)使传热横截面尽可能的大;(6)元器件布局应考虑到对周围零件热辐射的影响。
对热敏感的部件、元器件(含半导体器件)应远离热源或将其隔离;(7)(液态介质)电容器的最好远离热源;(8)注意使强迫通风与自然通风方向一致;
(9)附加子板、器件风道与通风方向一致;(10)尽可能地使进气与排气有足够的距离;(11)发热器件应尽可能地置于产品的上方,条件允许时应处于气流通道上;(12)热量较大或电流较大的元器件不要放置在印制板的角落和四周边缘,只要有可能应安装于散热器上,并远离其他器件,并保证散热通道通畅;(13)(小信号放大器外围器件)尽量采用温漂小的器件;(14)尽可能地利用金属机箱或底盘散热。
3.4布线时的要求(1)板材选择(合理设计印制板结构);(2)布线规则;(3)根据器件电流密度规划最小通道宽度;特别注意接合点处通道布线;(4)大电流线条尽量表面化;在不能满足要求的条件下,可考虑采用汇流排;(5)要尽量降低接触面的热阻。
为此应加大
热传导面积;接触平面应平整、光滑,必要时可涂覆导热硅脂;(6)热应力点考虑应力平衡措施并加粗线条;(7)散热铜皮需采用消热应力的开窗法,利用散热阻焊适当开窗;(8)视可能采用表面大面积铜箔;(9)对印制板上的接地安装孔采用较大焊盘,以充分利用安装螺栓和印制板表面的铜箔进行散热;(10)尽可能多安放金属化过孔, 且孔径、盘面尽量大,依靠过孔帮助散热;
(11)器件散热补充手段;(12)采用表面大面积铜箔可保证的情况下,出于经济性考虑可不采用附加散热器的方法;(13)根据器件功耗、环境温度及允许最大结温来计算合适的表面散热铜箔面积(保证原则tj≤(0.5~0.8)tjmax)。
4、热仿真(热分析)热分析可协助设计人员确定PCB上部件的电气性能,帮助设计人员确定元器件或PCB是否会因为高温而烧坏。
简单的热分析只是计算PCB的平均温度,复杂的则要对含多个PCB和上千个元器件的电子设备建立瞬态模型。
无论分析人员在对电子设备、PCB以及电子元件建立热模型时多么小心翼翼,热分析的准确程度最终还要取决于PCB设计人员所提供的元件功耗的准确性。
在许多应用中重量和物理尺寸非常重要,如果元件的实际功耗很小,可能会导致设计的安全系数过高,从而使PCB的设计采用与实际不符或过于保守的元件功耗值作为根据进行热分析,与之相反(同时也更为严重)的是热安全系数设计过低,也即元件实际运行时的温度比分析人员预测的要高,此类问题一般要通过加装散热装置或风扇对PCB进行冷却来解决。
这些外接附件增加了成本,而且延长了制造时间,在设计中加入风扇还会给可靠性带来一层不稳定因素,因此PCB
现在主要采用主动式而不是被动式冷却方式(如自然对流、传导及辐射散热),以使元件在较低的温度范围内工作。
热设计不良最终将使得成本上升而且还会降低可靠性,这在所有PCB设计中都可能发生,花费一些功夫准确确定元件功耗,再进行PCB热分析,这样有助于生产出小巧且功能性强的产品。
应使用准确的热模型和元件功耗,以免降低PCB设计效率。
4.1元件功耗计算准确确定PCB元件的功耗是一个不断重复迭代的过程,PCB设计人员需要知道元件温度以确定出损耗功率,热分析人员则需要知道功率损耗以便输入到热模型中。
设计人员先猜测一个元件工作环境温度或从初步热分析中得出估计值,并将元件功耗输入到细化的热模型中,计算出PCB和相关元件“结点”
(或热点)的温度,第二步使用新温度重新计算元件功耗,算出的功耗再作为下一步热分析过程的输入。
在理想的情况下,该过程一直进行下去直到其数值不再改变为止。
然而PCB设计人员通常面临需要快速完成任务的压力,他们没有足够的时间进行耗时重复的元器件电气及热性能确定工作。
一个简化的方法是估算PCB 的总功耗,将其作为一个作用于整个PCB表面的均匀热流通量。
热分析可预测出平均环境温度,使设计人员用于计算元器件的功耗,通过进一步重复计算元件温度知道是否还需要作其他工作。
一般电子元器件制造商都提供有元器件规格,包括正常工作的最高温度。
元件性能通常会受环境温度或元件内部温度的影响,消费类电子产品常采用塑封元件,其工作最高温度是85℃;而军用产品常使用陶瓷件,工作最高温度为125 ℃,额定最高温度通常是105℃。
PCB设计人员可利用器件制造商提供的“温度/功率”曲线确定出某个温度下元件的功耗。
计算元件温度最准确的方法是作瞬态热分析,但是确定元件的瞬时功耗十分困难。
一个比较好的折衷方法是在稳态条件下分别进行额定和最差状况分析。
PCB受到各种类型热量的影响,可以应用的典型热边界条件包括:前后表面发出的自然或强制对流;前后表面发出的热辐射;从PCB边缘到设备外壳的传导;通过刚性或挠性连接器到其他PCB的传导;从PCB到支架(螺栓或粘合固定)的传导;2个PCB夹层之间散热器的传导。
目前有很多种形式的热模拟工具,基本热模型及分析工具包括分析任意结构的通用工具、用于系统流程/传热分析的计算流体动力学(CFD)工具,以及用于详细PCB和元件建模的PCB应用工具。
4.2基本过程在不影响并有助于提高系统电性能指标的前提下,依据提供的成熟经验,加速PCB热设计。
在系统及热分析预估及器件级热设计的基础上,通过板级热仿真预估热设计结果,寻找设计缺陷,并提供系统级解决技术方案或变更器件级解决技术方案。
通过热性能测量对热设计的效果进行检验,对技术方案的适用性和有效性进行评价;通过预估-设计-测量-反馈循环不断的实践流程,修正并积累热仿真模型,加快热仿真速度,提高热仿真精度;补充PCB热设计经验。
4.3板级热仿真板级热仿真软件可以在三维结构模型中模拟PCB的热辐射、热传导、热对流、流体温度、流体压力、流体速度和运动矢量,也可以模拟强迫散热、真空状态或自然散热等。
目前可做板级热分析比较典型的软件有Flotherm,Betasoft 等等。