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PCB板热设计标准

发布时间: 2020/9/17 9:21:09

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  芯片布局原则

  避免高功耗芯片紧邻布局,如PMIC、PA,MSM等芯片,此类芯片也需避免镜像布局;发热器件尽可能分散布置,使得单板表面热耗均匀,有利于散热;

  热敏感器件尽可能远离热源,常见的热敏感器件包括晶振、内存、CPU等,要把热敏感元器件安排在最冷区,对自然对流冷却设备,如果外壳密闭,要把热敏感器件置于底部,其它元器件置于上部;如果外壳不密闭,要把热敏感器件置于冷空气入口处。对于强迫对流冷却设备,可以把热敏感器件置于气流入口处;PMIC芯片应远离MDM芯片;保持高热耗器件远离电池。

  当元器件发热密度超过0.6W/cm3,单靠元器件引脚和元器件本身已不足以充分散热,应考虑增加散热器或者风扇等措施,尽可能将元器件热量传导到散热器表面;充分利用导热的传热路径,由于自然对流换热系数很低,一般为3~10W/m2°C,元器件表面积很小或空间较小,无法充分对流时,散热量会很小,这时应尽量利用导热的方式将元器件与机壳或者冷板相连,将热量通过大的表面积散掉。

  为了改善元器件和散热器的接触面状况,减少元器件壳与散热器表面间的接触热阻,应在接触面上涂导热介质,常用的发热介质有导热硅脂,导热硅胶垫,导热胶等;对元器件需与散热器绝缘的情况,采用绝缘材料应同时具有良好的导热性能。

  当利用接触面导热时,采用下列措施使接触热阻减少到最小:

  1)尽可能增加接触面积,确保接触表面光滑,利用软材料接触;

  2)扭紧所有螺栓以加大接触面压力。利用合理的紧固件设计来保证接触压力均匀;

  PCB热特性

  PCB是FR4和铜组成的分层复合结构,由于铜与基材导热性能的差异,多层PCB基板导热特性为各向异性,整体的导热系数是各向异性的,相似的材料如石墨、木材等。FR4导热系数0.3W/(m·K),铜导热系数385W/(m·K,在PCB平面方向导热系数高,一般范围在10~45W/(m·K), 在PCB法线方向导热系数低,0.3W/(m·K)。

  针对PCB的特点,PCB强化散热的措施为:把器件的热量传递到PCB内部,减少器件向PCB的传热热阻。可采取的强化散热措施是:在单板上打过孔,在单板表面铺铜皮,把PCB从器件传入聚积的热量扩散到整体PCB的表面,再通过对流和辐射传递到外界环境中。可采取的板级强化散热的措施是:增加单板铜含量,降低热量在单板平面方向传递的扩展热阻;散热过孔可以提高PCB法向方向的导热能力。

  散热过孔的设计,散热过孔主要作用是层与层之间的热连接以及增加轴向方向的导热能力,单考虑过孔没有意义,因为热量必须从四周汇集到过孔位置,因此必须考虑过孔区域整体的散热散热情况。PCB设计大量的过孔,但对于热设计来说,真正起到散热作用的只有PAD底部的过孔和器件接地管脚旁边的几个过孔,这部分过孔设计非常重要过孔的作用是将器件的热量传递到器件正下方的PCB内,并不能实现热量在PCB内的扩散,但是达到一定数量后对散热进行改进的幅度也会降低。散热过孔的孔径10~12mil,孔间距30~40mil。

  PCB铜皮的作用

  PCB铜皮的作用是将局部传入PWB的热量扩展到更大的范围内,因此增加铜皮的厚度可以增强传热效果,PCB内铜皮只有连续的铜皮才能起到传递热量的作用,因此需要注意铜皮的分割。增加散热铜箔的层数,铜箔厚度对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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