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PCB电路板散热的一些技巧

电子设备事情时爆发的热量,使设备内部温度迅速上升,若不实时将该热量散发,设备会连续升温,器件就会因过热失效,电子设备的可靠性将下降。因此,对电路板进行散热处理十分重要。 

  一、印制电路板温升因素剖析 

  引起印制板温升的直接原因是由于电路功耗器件的保存,电子器件均差别水平地保存功耗,发热强度随功耗的巨细变革。 

  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。 

  在剖析PCB热功耗时,一般从以下几个方面来剖析。 

  1.电气功耗 

  (1)剖析单位面积上的功耗; 

  (2)剖析PCB电路板上功耗的漫衍。 

  2.印制板的结构 

  (1)印制板的尺寸; 

  (2)印制板的质料。 

  3.印制板的装置方法 

  (1)装置方法(如笔直装置,水平装置); 

  (2)密封情况和离机壳的距离。 

  4.热辐射 

  (1)印制板外貌的辐射系数; 

  (2)印制板与相邻外貌之间的温差和他们的绝对温度; 

  5.热传导 

  (1)装置散热器; 

  (2)其他装置结构件的传导。 

  6.热对流 

  (1)自然对流; 

  (2)强迫冷却对流。 

  从PCB上述各因素的剖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相互关联和依赖的,大大都因素应凭据实际情况来剖析,只有针对某一具体实际情况才华比较正确土地算或估算出温升和功耗等参数。 

  二、电路板散热方法 

  1、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,当温度还不可降下来时,可接纳带电扇的散热器,以增强散热效果。当发热器件量较多时(多于3个),可接纳大的散热罩(板),它是按PCB板上发热器件的位置和崎岖而定制的专用散热器或是在一个大的平板散热器上抠出差别的元件崎岖位置。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崎岖一致性差,散热效果并欠好。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。 

  2、通过PCB板自己散热 

  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,另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,险些不可指望由PCB自己树脂传导热量,而是从元件的外貌向周围空气中散热。但随着电子产品已进入到部件小型化、高密度装置、高发热化组装时代,若只靠外貌积十分小的元件外貌来散热是很是不敷的。同时由于QFP、BGA等外貌装置元件的大宗使用,元器件爆发的热量大宗地传给PCB板,因此,解决散热的最好要领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。 

  3、接纳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差别的种种质料组成的复合质料一一PCB用绝缘基板的等效导热系数(九eq)进行盘算。 

  4.、关于接纳自由对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其他器件)按纵长方法排列,或按横长方法排列。 

  5.、同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量巨细及散热水平分区排列,发热量小或耐热性差的器件(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器件(如功率晶体管、大规模集成电路等)放在冷却气流最下游。 

  6.、在水平偏向上,大功率器件尽量靠近印制板边沿安排,以便缩短传热路径;在笔直偏向上,大功率器件尽量靠近印制板上方安排,以便减少这些器件事情时对其他器件温度的影响。 

  7、对温度比较敏感的器件最好安顿在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器件的正上方,多个器件最好是在水平面上交错结构。 

  8、设备内印制板的散热主要依靠空气流动,所以在设计时要研究空气流动路径,合理配置器件或印制电路板。空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动,所以在印制电路板上配置器件时,要制止在某个区域留有较大的空域。整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题。 

  9.、制止PCB上热点的集中,尽可能地将功率均匀地漫衍在PCB板上,坚持PCB外貌温度性能的均匀和一致。往往设计历程中要抵达严格的均匀漫衍是较为困难的,但一定要制止功率密度太高的区域,以免泛起过热点影响整个电路的正常事情。如果有条件的话,进行印制电路的热效能剖析是很有须要的,如现在一些专业PCB设计软件中增加的热效能指标剖析软件模块,就可以资助设计人员优化电路设计。 

  10、将功耗最高和发热最大的器件安排在散热最佳位置四周。不要将发热较高的器件安排在印制板的角落和四周边沿,除非在它的四周安排有散热装置。在设计功率电阻时尽可能选择大一些的器件,且在调解印制板结构时使之有足够的散热空间。 

  11、高热耗散器件在与基板连接时应尽能减少它们之间的热阻。为了更好地满足热特性要求,在芯片底面可使用一些热导质料(如涂抹一层导热硅胶),并坚持一定的接触区域供器件散热。 

  12、器件与基板的连接: 

  (1) 尽量缩短器件引线长度; 

  (2)选择高功耗器件时,应考虑引线质料的导热性,如果可能的话,尽量选择引线横段面最大; 

  (3)选择管脚数较多的器件。 

  13、器件的封装选取: 

  (1)在考虑热设计时应注意器件的封装说明和它的热传导率; 

  (2)应考虑在基板与器件封装之间提供一个良好的热传导路径; 

  (3)在热传导路径上应制止有空气阻遏,如果有这种情况可接纳导热质料进行填充。 


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    来源:PCB工艺技术

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