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PCB强化散热方法

在热设计中,PCB是最重要的热源承载,其热量的来源主要有三个方面: (1)电子元器件的发热 (2) PCB本身的发热 (3) 其它部分传来的热 在这三个热源中,元器件的发热量最大,是主要热源,其次是PCB板产生的热,外部传入的热量取决于系统的总体热设计。

 

在热设计中,PCB是最重要的热源承载,其热量的来源主要有三个方面:

(1)电子元器件的发热
(2) PCB本身的发热
(3) 其它部分传来的热

 

在这三个热源中,元器件的发热量最大,是主要热源,其次是PCB板产生的热,外部传入的热量取决于系统的总体热设计。本文重点讲解一下PCB本身的强化散热办法。
站在热设计的角度认识PCB,我们关注的就是它自身的导热性能,PCB是由基材FR4和铜Cu组成的分层复合结构。而两者之间,导热系数差异很大,表现出来就是一种各向异性的导热性能。总结特点如下:

1

PCB是FR4和铜组成的分层复合结构。其中,FR4导热系数0.3W /(m*K),铜导热系数380W /(m*K)

2

影响PCB整体导热性能的因素主要就是铜含量的多少,一般而言,Power层和Groud层含铜量在90%以上,而走线层则在20%左右。层数以及厚度都是影响总体含铜量的因素

3

需要增加序号的话可以直接空行输入数字456。

4

在PCB法线方向导热系数很低,0.3W /(m*K)附近

5

针对热仿真,一般可采用简化的PCB模型,简单设置PCB含铜量即可,普通PCB含铜量10%,功放板等设置30%左右

6

当需要进行精细化设计的时候,可以给PCB建立详细模型,将每一层都精细化建出来,采用详细模型设计。当然为了求解速度,也可以通过建立详细模型,算出准确的含铜量,用简化PCB模型进行设计。常用的热设计软件Flotherm、6SigmaET均支持板级详细建模,例如FloEDA功能

 

了解了PCB的结构和特性,自然就知道如何来强化板级的散热,简单的说,就是增加PCB的含铜量。首先,增加了含铜量,就会增加平面导热系数,可以降低平面扩散热阻,让热量更快的扩散开来,再通过对流、辐射传递到环境。其次,通过局部强化措施,来加强类似QFN类封装器件向PCB的导热,这类器件在和PCB面都有一个焊盘,那么主要就是强化传递向焊盘侧的传热热阻。那么主要有哪些措施:

 

  1. 单板局部表面铺铜皮,增大局部含铜量,让热量扩散。

    那么针对器件散热,是否局部铜皮越大越好?可以看下图,并不是,当铜皮到一定大小后,热阻就不再降低。

PCB强化散热方法   

 

2.打过孔,过孔通道覆铜,热量可以通过过孔传递到各个铜层。同样的,过孔是否越多越好?越密越好?这个也不一定,有很多文章已经有了详细的论证,有兴趣的朋友可以自己找找学习,而对于愿意深入研究的,还可以应用Flotherm或6SigmaET进行研究,加深自己的理解。

PCB强化散热方法

 

3.增加散热铜箔的层数、铜箔厚度对于平面方向的导热性能改善高于法向方向上导热性能的改善。

 

 

 

 

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作者: suifengmianlai

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