《電子線路板設(shè)計(jì)》課件-PCB散熱設(shè)計(jì)

PCB散熱設(shè)計(jì)PCB散熱設(shè)計(jì)熱傳遞的方式？PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則有哪些？溫度對(duì)元器件及電子產(chǎn)品的影響？重點(diǎn)難點(diǎn)PCB散熱設(shè)計(jì)造成電子設(shè)備故障的原因有很多，包括震動(dòng)、潮濕、灰塵等原因，但高溫是其中最重要的因素，其中溫度對(duì)電子設(shè)備的影響高達(dá)40%。一、溫度（高溫）對(duì)元器件及電子產(chǎn)品的影響PCB散熱設(shè)計(jì)溫度升高會(huì)使電阻阻值降低，使電容器的使用壽命降低，溫度過(guò)高還會(huì)造成焊點(diǎn)變脆、焊點(diǎn)脫落，焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度降低；結(jié)溫升高會(huì)使晶體管的電流放大倍數(shù)迅速增加，導(dǎo)致集電極電流增加，最終導(dǎo)致元器件失效。一、溫度（高溫）對(duì)元器件及電子產(chǎn)品的影響電阻貼片電阻電容PCB板晶體管PCB散熱設(shè)計(jì)在電子產(chǎn)品中只要有溫度差別存在就有熱傳遞，通過(guò)熱傳遞可以達(dá)到對(duì)印制板組裝件的散熱和冷卻。熱傳遞的三種方式：傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流。二、熱傳遞的三種方式溫度差熱傳遞PCB散熱設(shè)計(jì)（一）傳導(dǎo)材料的熱傳導(dǎo)能力：與熱導(dǎo)率（K），導(dǎo)熱方向的截面積（S），溫差（）成正比；與導(dǎo)熱的長(zhǎng)度（L），材料厚度成反比。導(dǎo)熱方向的截面積越大，傳導(dǎo)能力越強(qiáng)；溫差越大，傳導(dǎo)能力越強(qiáng)；熱導(dǎo)率越大，傳導(dǎo)能力越強(qiáng)。二、熱傳遞的三種方式導(dǎo)熱方向的截面積導(dǎo)熱方向T自身T環(huán)境PCB散熱設(shè)計(jì)（一）傳導(dǎo)不同材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)不同，起熱傳導(dǎo)作用也不同。常用鋁合金或銅做散熱器材料，對(duì)于大功率器件可以外加材料厚度較厚的散熱器。二、熱傳遞的三種方式PCB散熱設(shè)計(jì)（二）輻射熱輻射是指物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象。一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射，溫度愈高，輻射出的總能量就愈大。二、熱傳遞的三種方式PCB散熱設(shè)計(jì)（二）輻射相互靠近的元器件或發(fā)熱裝置（大功率器件等）彼此都會(huì)吸收對(duì)方的熱輻射能量，加大兩者之間的距離，可以降低相鄰元器件的熱輻射影響。

二、熱傳遞的三種方式在材料有相同熱輻射系數(shù)的條件下，無(wú)光澤或暗表面比光亮或有光澤的表面熱輻射更強(qiáng)。PCB散熱設(shè)計(jì)（三）對(duì)流對(duì)流是在流體和氣體中的熱能傳遞方式，主要是由于質(zhì)點(diǎn)位置的移動(dòng)，使溫度趨于均勻。對(duì)于空氣介質(zhì)，強(qiáng)制對(duì)流比自然對(duì)流更能提高熱傳輸系數(shù)，提高散熱效果。二、熱傳遞的三種方式PCB散熱設(shè)計(jì)（一）PCB基材的選擇1.選材PCB基材應(yīng)根據(jù)焊接要求和耐熱性要求，選擇原則如下：（1）耐熱性好；（2）CTE較小或與元器件CTE相適應(yīng)的基材，以盡量減少元器件與基材之間的CTE相對(duì)差。三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則基材：耐熱性好CTE基材CTE元件CTE基材較小PCB散熱設(shè)計(jì)（一）PCB基材的選擇1.選材（3）PCB板材的熱點(diǎn)溫度不應(yīng)超過(guò)125℃。盡可能選擇更厚一點(diǎn)的覆銅箔。PCB板當(dāng)前所處的溫度：T環(huán)境溫度通入電流，銅箔走線有溫升：T溫升其他元器件工作后，有其他熱量產(chǎn)生：T其他元器件熱量總體熱點(diǎn)溫度不能超過(guò)125℃三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則銅箔走線T環(huán)境溫度

T溫升T其他元器件熱量++125℃PCB散熱設(shè)計(jì)（一）PCB基材的選擇1.選材（4）如有SMD元件可選擇鋁基、陶瓷基等熱阻小的板材。三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則晶體管散熱器晶體管+散熱器貼片晶體管陶瓷基鋁基PCB散熱設(shè)計(jì)（二）PCB元器件的布局考慮PCB的散熱時(shí)，元器件的布局要求如下：（1）板面熱容量應(yīng)均勻分布。注意不要把大功率元器件集中擺放，如果無(wú)法避免，則要把矮的元器件放在氣流的上游，并保證足夠的冷卻風(fēng)量流經(jīng)熱耗集中區(qū)。三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則空氣流矮元件高元件PCB散熱設(shè)計(jì)（二）PCB元器件的布局考慮PCB的散熱時(shí)，元器件的布局要求如下：（2）元件布局時(shí)，自然對(duì)流：縱向排列強(qiáng)制風(fēng)冷：橫向排列發(fā)熱量大的元器件：氣流的末端，對(duì)熱敏感度或發(fā)熱量小的元器件：冷卻氣流的前端。三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則自然對(duì)流發(fā)熱量大的元器件對(duì)熱敏感度或發(fā)熱量小的元器件強(qiáng)制風(fēng)冷發(fā)熱量大的元器件對(duì)熱敏感度或發(fā)熱量小的元器件PCB散熱設(shè)計(jì)（二）PCB元器件的布局（3）熱量較大或電流較大的元器件不要放置在PCB的角落和四周邊緣，只要有可能應(yīng)安裝于散熱器上，遠(yuǎn)離其他元器件，并保證散熱通道通暢。三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則PCB散熱設(shè)計(jì)（二）PCB元器件的布局（4）PCB板最好是直立安裝，板與板之間的距離不應(yīng)小于2cm。對(duì)于自身溫升超過(guò)30℃的熱源，一般要求：在風(fēng)冷條件下，電解電容等溫度敏感元器件離熱源的距離要求不小于2.5mm。在自然冷條件下，電解電容等溫度敏感元器件離熱源的距離要求不小于4.0mm。三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則2cm2cm風(fēng)冷自然冷熱源熱源2.5mm4.0mmPCB散熱設(shè)計(jì)三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則（三）PCB的布線（1）對(duì)于面積較大的焊盤(pán)和大面積銅箔上的焊點(diǎn)，應(yīng)設(shè)計(jì)焊盤(pán)隔熱環(huán)，在保持焊盤(pán)與大的導(dǎo)電面積電氣連接的同時(shí)，將焊盤(pán)周?chē)糠值膶?dǎo)體蝕刻掉形成隔熱區(qū)。隔熱區(qū)PCB散熱設(shè)計(jì)三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則（三）PCB的布線（2）焊盤(pán)與大的導(dǎo)電面積的連接通道的導(dǎo)線寬度要適中。過(guò)窄會(huì)影響載流量，過(guò)寬會(huì)失去熱隔離的效果。PCB散熱設(shè)計(jì)三、PCB散熱設(shè)計(jì)的基本原則（三）PCB的布線（2）焊盤(pán)與大的導(dǎo)電面積的連接通道，其導(dǎo)線寬度要適中。連接導(dǎo)線的總寬度應(yīng)為連接盤(pán)（焊盤(pán)）直徑的60%為宜。例如：焊盤(pán)直徑為1.0mm，則連接通道的寬度為0.6mmdw=dx0.6PCB散熱設(shè)計(jì)（三）PCB的布線（2）焊盤(pán)與大的導(dǎo)電面積的連接通道有多條導(dǎo)線，每條連接導(dǎo)線的寬度為連接導(dǎo)線的總寬度除以通道數(shù)。例如：焊盤(pán)直徑為1.0mm，