PCB的热分析与热设计(doc 6)
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板的热可靠性设计

第9 期
S IN E&T C N L G F R A I N CE C E H O O YI O M T O N
0机械 与s- 0  ̄- 7
科技信息
P B板的热可靠性设计 C
赵 颖 ( 岭师范 高等 专科 学校 辽宁 铁
铁岭
1 0 0 0) 1 2
【 摘 要】 热分析和热设计是 电子设备微 型化过程 中不可忽略 的设计环节。本文运用简化建模对 P B板进行 A S S C N Y 热分析 . 并提 出热设 计的具体措施 , 高 系 提 统的热可靠性。 【 词Ic 关键 P B板 ; 简化建模 ; 热分析; 热设计
பைடு நூலகம்
0 引言
现代 电子产品正朝着轻 、 、 、 的趋势 发展 , 薄 短 小 随着 电子元件集
22 P B板 简 化 建 模 . C
建模前分析 P B板 中主要 的发热 器件 有哪些 . M S C 如 O 管和集成 电路块等 , 这些元件在工作 时将大部分损耗功率转化为热量 。 因此 , 建 成度 的提高 , 其发热 密度 也越来越高 . 相应地 电子产品的过热问题也 模 时主要需要考虑这些器 件。此外 . 考虑 P B 还要 C 基板 上 . 作为导线 就越来越被关 注。 本文 以热可靠性分析 为基础 , P B板元件布局问 对 C 涂敷 的铜箔 。它们在设计 中不但起到导电的作用 , 还起到传导热量的 题进行优化研究 。 通过热分析 , 实现对 P B C 板上阵列电子元件 的优化 作用 . 其热导率和传热面积都 比较大 布局 , 达到降低其工作温度 的目的。 P B板是电子电路不 可缺少 的组成部分 . C 它的结构 由环氧树脂基 板 和作为导线涂敷的铜箔组成 环氧树脂基板的厚度 为 4 m. 的 a r 铜箔 1 P B板 因素对热可 靠性的影响 C 厚 度为 01m。铜的导热率为 4O ( ̄ , . m O W/ C 而环氧树脂的导热率仅为 m ) 11 材料对热可靠性 的影响 . O 7 W/  ̄) . 6 ( 。尽管所加的铜箔很 薄很细 。却对热量有强烈 的引导作 2 m P B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 用 . C 因而在建模 中是不能忽略II  ̄' l 应不超过 1 5 由于元件安装在印制板上也发 出一部分热量 . 2 ℃ 影响工 般情况下 ,C P B板上 的铜箔分布是非常复杂的 , 以准确建模 。 难 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 因此 , 建模 时需要 简化布线的形 状 . 量做 出与实际 P B板接近 的 尽 C 超过 15c 2q。尽可能选择更厚一点的覆铜箔 , 特殊情况下可选 择铝基 、 AN Y S S模型。 陶瓷基等热阻小的板材 。采用多层板结构有助 于散热 。 P B板上的电子元件 也可以应用 简化建模来模 拟 . M S 、 C 如 O 管 集 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 成 电路 块 等 阻。 提高电路板的功率密度 。 在一些特定情况下 , 专门设计和采用 了有 MO 管由铜外壳 、 S 小硅 片和二 者之间起绝缘作用 的氧化铍 陶瓷 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 组成 , 热导率分别为 40 (  ̄ 、. ( ̄)和 8 W/  ̄) 0W/ C 3 W/ C、 0 ( C 。小硅 片在 m ) 2 m m 用 的印制板。 MO 管的内部 .是主要 的发热部分 . S 测得 的损耗功率 为 0 W 尽管 . 4 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 . MO S管是有复杂结构的空心体 .但是 内部和外表面 的温 度只有几度 可 以在焊膏 中掺入少量的细小铜料 . 流焊后在器件下方焊点就有一定 的差异。根据热传导分析 , 由于该 M S O 元件 的体积很小 . 主要 的传 且 的高度 . 使器件与印制板 间的间隙增加 . 了对流散热 增加 热材料( 铜和氧化铍) 的传热性 能都很好 . 以器件 内部到表面 的热 阻 所 1 元件布局对热可靠性 的影响 . 2 低 , 小。 温差 因此 , 在实际建模 中可 以把 M S O 管设置为简单的实心体 . 元件布局时也要特别注意散热问题 只要与实际物体有相 同的生热率 、 辐射和对流散 热面积 . 就可 以得 到 1 . 对于大功率 电路 , .1 2 应该将那些发热元件 如功率管 、 变压器等尽 与详细模型相 同的模拟结果 量靠边 分散布局 放置 . 不要集 中在一个地方 . 也不要距高 电容太 近以 采用与前面 MO S管相 同的分析方法 .可 以证 明集成 电路块 的建 免使 电解液过早老化。尽可能缩短高频元件之 间的连线 . 设法减少它 模 也可以用简单的方块来 代替 们 的分布参数和相互间的电磁干扰 易受干扰 的元件不能相互挨得太 23 热设计技术 . 近. 输入和输 出元件应尽量远离 对于寒 冷环境 下工作 的设备 . P B 的热设 计大多可采取散 其 C 板 1 . 重量超过 1g的元件应 当用支架加 以固定 . 于又大又重发热 热 、 .2 2 5 对 制冷 、 管传热嘴 , 这些技术 已相对成熟 , 本文不再赘述 。而对 于酷 量多 的元件不宜装在印制板上 . 而应装在整机的机箱底 板上且应 考虑 热环境下工作的设备 . P B板的热设 计就显得 比较困难 . 其 C 其设计技 散 热问题 。 术 也 比较 复 杂 1 _ 热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域 .3 2 千万不要放在发热 热设计 之前首先要确定散热方式 散热方式 的选择取决于很多因 元 件的正上方 . 以免受到其 他发热元件影响 . 引起误 动作 素 , P B板( 如 C 或元件) 的总发热量 、C P B板( 件) 许温度 、 或元 的允 设备 1 . 双面放置元件时 . .4 2 底层一般不放置发热元件 f P B板)的工作环境 、 C 或 C P B板上元件组装方式及布局等 多种 因素 ,
pcb 的热阻参数

pcb 的热阻参数PCB的热阻参数是指电路板(PCB)在传导、散热以及热量传递方面的性能指标。
热阻参数的准确测量和分析对于设计高性能电子设备和解决热管理问题至关重要。
PCB的热阻参数通常指的是两个不同表面之间的热阻(thermal resistance),也称为接触热阻。
其中一个表面是散热源,如芯片、电阻、电容等,另一个表面是外部环境或散热装置,如散热片、风扇等。
热阻的单位通常是°C/W(摄氏度/瓦特),表示在单位功率下单位温度差的情况下,热量通过两个表面之间传输所产生的温度差。
热阻参数可以用来评估热的传导性能和散热效率。
一个完整的PCB散热系统通常由多个元件组成,包括热源、导热基板、接触面和散热装置。
各个元件之间的热阻相互影响,决定了整个系统的热效应。
下面将分别介绍这些元件的热阻参数。
1.热源的热阻参数:热源通常是芯片或其他电子元件,其热阻参数是指芯片表面温度与芯片耗散功率之间的关系。
热源的热阻由材料的热导率和封装方式等因素决定。
芯片的热阻越小,散热越好。
2.导热基板的热阻参数:导热基板是连接热源和散热装置的媒介,通常由金属或陶瓷材料制成。
其热阻参数是指导热基板两侧温度差与单位面积上的热流之比。
导热基板的热阻主要由材料的热导率和导热板的厚度决定。
较高的热导率和较薄的导热基板能够有效地降低热阻。
3.接触面的热阻参数:接触面是热源和散热装置之间的界面,也是最关键的传热路径之一。
接触面的热阻主要由两个表面之间的接触热阻和界面材料的热导率决定。
优化接触面的设计可以显著提高热的传导效率。
4.散热装置的热阻参数:散热装置包括散热片、散热管、风扇等,其热阻参数是指散热装置温度与外部环境温度之间的温度差。
散热装置的热阻主要由散热片的散热面积、热导率和风扇的风量等因素决定。
散热装置能够有效地将热量从电路板中散发出去。
总之,PCB的热阻参数是评估电路板热管理性能的重要指标。
优化热阻参数可以提高电子设备的散热效率,减少温度升高对设备性能和寿命的影响。
pcb散热方案

PCB散热方案1. 引言在电子设备中,PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)起着连接和支持电子元器件的重要作用。
随着集成电路的不断发展,电子器件的功耗也逐渐增大,这导致了PCB散热成为一个重要的问题。
合理的PCB散热方案可以降低电子设备的温度,保证设备的稳定性和可靠性。
本文将介绍一些常见的PCB散热方案。
2. PCB设计中的热量分析在开始讨论PCB散热方案之前,我们首先需要了解PCB设计中的热量分析。
当电子设备中的电子元器件工作时,它们会产生一定的热量。
这些热量需要通过PCB来传导和散发,以保持设备的工作温度在可接受范围内。
通常,我们首先需要对PCB进行热量分析,确定热量的产生和分布情况。
这可以通过计算或仿真工具来完成。
热量分析的结果将帮助我们确定散热方案的重点区域和需求。
3. 常见的PCB散热方案3.1 散热片散热片是最常见的PCB散热解决方案之一。
散热片通常由铝制成,具有良好的热导率和散热性能。
将散热片与发热元件直接接触,可以有效地将热量从发热元件传导到散热片上,并通过散热片的表面散发出去。
在使用散热片时,需要注意以下几点:•散热片的尺寸和形状应根据实际需求进行选择,以保证其与发热元件的紧密接触。
•散热片应合理放置,以保证热量在整个PCB上的均匀分布。
•散热片应与PCB的接地层连接,以提高散热效果。
3.2 散热孔散热孔是另一种常见的PCB散热解决方案。
散热孔通常是通过在PCB上钻孔来实现的,可以增加PCB表面的散热面积,提高散热效果。
在使用散热孔时,需要注意以下几点:•散热孔的数量和位置应根据热量分布情况进行选择。
•散热孔的直径和间距应满足散热要求,并考虑到钻孔对PCB强度的影响。
3.3 散热贴片散热贴片是一种在PCB上粘贴的散热材料,可以提高PCB的散热效果。
散热贴片通常具有良好的热导率和散热性能,可以有效地将热量从发热元件传导到PCB 的其他区域,进而进行散热。
电源pcb设计指南,包括_PCB安规、emc、布局布线、PCB热设计、PCB工艺设计

电源pcb设计指南包括:PCB安规、emc、布局布线、PCB热设计、PCB工艺导读1.安规距离要求部分2.抗干扰、EMC部分3.整体布局及走线部分4.热设计部分5.工艺处理部分1.安规距离要求部分安全距离包括电气间隙(空间距离),爬电距离(沿面距离)和绝缘穿透距离。
1、电气间隙:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿空气测量的最短距离。
2、爬电距离:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝绝缘表面测量的最短距离。
一、爬电距离和电气间隙距离要求,可参考NE61347-1-2-13/GB19510.14.(1)、爬电距离:输入电压50V-250V时,保险丝前L—N≥2.5mm,输入电压250V-500V时,保险丝前L—N≥5.0mm;电气间隙:输入电压50V-250V时,保险丝前L—N≥1.7mm,输入电压250V-500V 时,保险丝前L—N≥3.0mm;保险丝之后可不做要求,但尽量保持一定距离以避免短路损坏电源。
(2)、一次侧交流对直流部分≥2.0mm(3)、一次侧直流地对地≥4.0mm如一次侧地对大地(4)、一次侧对二次侧≥6.4mm,如光耦、Y 电容等元器零件脚间距≤6.4mm 要开槽。
(5)、变压器两级间≥6.4mm 以上,≥8mm加强绝缘。
2.抗干扰、EMC部分在图二中,PCB 布局时,驱动电阻R3应靠近Q1(MOS管),电流取样电阻R4、C2应靠近IC1的第4 Pin,如图一所说的R应尽量靠近运算放大器缩短高阻抗线路。
因运算放大器输入端阻抗很高,易受干扰。
输出端阻抗较低,不易受干扰。
一条长线相当于一根接收天线,容易引入外界干扰。
在图三的A中排版时,R1、R2要靠近三极管Q1放置,因Q1的输入阻抗很高,基极线路过长,易受干扰,则R1、R2不能远离Q1。
在图三的B中排版时,C2要靠近D2,因为Q2三极管输入阻抗很高,如Q2至D2的线路太长,易受干扰,C2应移至D2附近。
二、小信号走线尽量远离大电流走线,忌平行,D>=2.0mm。
PCB电路板散热设计方案技巧

PCB电路板散热设计技巧对于电子设备来说,工作时都会产生一定的热量,从而使设备内部温度迅速上升,如果不及时将该热量散发出去,设备就会持续的升温,器件就会因过热而失效,电子设备的可靠性能就会下降。
因此,对电路板进行很好的散热处理是非常重要的。
PCB电路板的散热是一个非常重要的环节,那么PCB电路板散热技巧是怎样的,下面我们一起来讨论下。
1、通过PCB板本身散热目前广泛应用的PCB板材是覆铜/环氧玻璃布基材或酚醛树脂玻璃布基材,还有少量使用的纸基覆铜板材。
这些基材虽然具有优良的电气性能和加工性能,但散热性差,作为高发热元件的散热途径,几乎不能指望由PCB本身树脂传导热量,而是从元件的表面向周围空气中散热。
但随着电子产品已进入到部件小型化、高密度安装、高发热化组装时代,若只靠表面积十分小的元件表面来散热是非常不够的。
同时由于QFP、BGA等表面安装元件的大量使用,元器件产生的热量大量地传给PCB板,因此,解决散热的最好方法是提高与发热元件直接接触的PCB自身的散热能力,通过PCB板传导出去或散发出去。
2、高发热器件加散热器、导热板当PCB中有少数器件发热量较大时(少于3个)时,可在发热器件上加散热器或导热管,当温度还不能降下来时,可采用带风扇的散热器,以增强散热效果。
当发热器件量较多时(多于3个),可采用大的散热罩(板),它是按PCB板上发热器件的位置和高低而定制的专用散热器或是在一个大的平板散热器上抠出不同的元件高低位置。
将散热罩整体扣在元件面上,与每个元件接触而散热。
但由于元器件装焊时高低一致性差,散热效果并不好。
通常在元器件面上加柔软的热相变导热垫来改善散热效果。
3、对于采用自由对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其他器件)按纵长方式排列,或按横长方式排列。
4、采用合理的走线设计实现散热由于板材中的树脂导热性差,而铜箔线路和孔是热的良导体,因此提高铜箔剩余率和增加导热孔是散热的主要手段。
评价PCB的散热能力,就需要对由导热系数不同的各种材料构成的复合材料一一PCB用绝缘基板的等效导热系数(九eq)进行计算。
pcb热阻计算

pcb热阻计算PCB热阻计算在电子设备的设计中,热管理是一个重要的考虑因素。
PCB (Printed Circuit Board,印刷电路板)作为电子设备中的重要组成部分,其热阻对整体的热管理起着重要的作用。
本文将介绍PCB 热阻的计算方法及其在电子设备设计中的应用。
一、PCB热阻的定义PCB热阻是指单位面积上PCB传热的阻力,通常用温度差除以功率来表示。
热阻越大,表示PCB传热能力越差,温度上升越快。
二、PCB热阻的计算方法1. 材料热阻的计算PCB的材料热阻是指PCB材料本身对热传导的阻力。
常见的PCB 材料有FR4、铝基板等,它们的热导率不同,因此热阻也不同。
根据材料的导热性能,可以计算出单位面积上的材料热阻。
2. 焊盘热阻的计算焊盘是PCB上连接元器件的重要部分,也是热传导的关键路径之一。
焊盘的热阻取决于焊盘的几何形状、材料以及与元器件的连接方式等因素。
通常可以通过焊盘的面积、厚度等参数来计算焊盘的热阻。
3. 线路热阻的计算PCB上的线路也会对热传导产生一定的阻力。
线路的热阻取决于线路的宽度、长度、材料等因素。
一般来说,线路越粗、越短,其热阻就越小。
4. 散热器热阻的计算在某些情况下,为了提高PCB的散热性能,可以在PCB上添加散热器。
散热器的热阻取决于散热器的材料、形状以及与PCB的接触方式等因素。
通过散热器的设计参数,可以计算出散热器的热阻。
三、PCB热阻在电子设备设计中的应用1. 温度分析通过计算PCB热阻,可以预测PCB在工作过程中的温度分布情况。
根据不同元器件的热耗散情况,可以确定PCB上的热点位置,进而优化PCB布局和散热设计,以确保电子设备的稳定工作。
2. 散热设计在电子设备设计中,通过合理的散热设计可以提高PCB的散热性能,降低工作温度。
根据PCB的热阻分布情况,可以选择合适的散热器材料和形状,优化散热器与PCB的接触方式,提高散热效果。
3. 材料选择PCB的材料热阻对整体的热管理起着重要的作用。
热设计及热分析

热设计及热分析一、热设计热设计是随着通讯和信息技术产业的发展而出现的一个较新的行业,且越来越被重视。
随着通讯和信息产品性能的不断提升和人们对于通讯和信息设备便携化和微型化要求的不断提升,信息设备的功耗不断上升,而体积趋于减小,高热流密度散热需求越来越迫切。
热设计便是采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度,使其在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度,以保证产品正常运行的安全性,长期运行的可靠性。
此外,低温环境下控制加热量而使设备启动也是热可靠性的重要内容。
目前,热设计在电动汽车动力系统热管理和热仿真、高科技、医疗设备、军工精密装备等行业中越来越被重视,成为产品研发中不可缺少的重要领域。
二、热分析软件介绍FLOTHERM是一套由电子系统散热仿真软件先驱----英国FLOMERICS软件公司开发并广为全球各地电子系统结构设计工程师和电子电路设计工程师使用的电子系统散热仿真分析软件,全球排名第一且市场占有率高达80%以上。
三、电子行业热分析电子行业是有限元分析应用的一个重要领域。
随着全球电子工业的飞速发展,电子产品的设计愈来愈精细、复杂,市场竞争要求电子产品在性能指标大幅度提高的同时,还要日趋小型化。
电子产品跌落、新型电子材料的研发和制造、音频设备声场特性的设计和评估、电子产品的热力仿真、芯片封装的热分析等的力学仿真是电子领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题,需要多门学科的理论和方法的综合应用。
电子产品热分析:众所周知,电子元件在运作的时候,无法达到100%的效率,所流失的能量绝大部分都转换成为热量发散,但是对于电子元件来说,温度每上升10℃,其寿命就减少到原来的一半甚至更短,这就是其随温度而变的特性。
所以进行电脑等各种设备的热仿真有助于提高器件的使用寿命。
1.显卡的散热器仿真显卡热管散热器,通过添加热管能有效的降低热源到散热器的热阻,进而显著提高显卡散热性能。
2. LED封装仿真以及散热片散热性能详细的LED封装模型,通过仿真验证和考察电路板及散热片的散热性能。
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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。
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PC B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1 25 ℃,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,并提供系统级解决方案或变更器件级解决方案。
通过热性能测量对热设计的效果进行检验,对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。