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PCB散热设计的3种技巧

发布时间: 2020/9/30 9:30:31

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  PCB的局部过热往往会导致设备局部失效,甚至完全失效,出现热失效则意味着我们需要重新设计PCB。如何确保在设计中使用适当的热管理技术,完善电路板的散热设计,下面有3个技巧,可以帮助您进行相关项目。

  将散热器、热管、风扇添加到高热量设备中

  如果PCB上有几个(3个或更少)发热装置,则可以在发热元件上增加一个散热器或热管。如果无法充分降低温度,则可以使用风扇来增强散热效果。当发热装置的数量很多(超过3个)时,可以使用较大的散热器(板),并根据发热装置在PCB上的位置和高度,选择较大的扁平散热器,而根据组件的不同高度位置,定制特殊散热器。

  散热器整体地扣在元件的表面上,并且与每个元件接触以加群散热。然而,组件在组装和焊接期间存在高度一致性差问题,最终导致散热器与发热元件接触效果不一致,散热效果不够理想。

  设计热量有效分布的PCB布局

  可以使用多种PCB设计技术来控制热量的分布,而无需增加额外成本。以下是一些设计建议:

  温度敏感型元件最好放在温度最低的区域(例如设备底部),切勿将其直接放在发热设备上方,最好在水平面上错开多个发热元件。

  同一块印刷电路板上的热源应根据热量输出的程度尽可能地有序排列。散热风扇的上游可以放置低发热的低耐热组件或零件(例如小信号晶体管,小型集成电路,电解电容器等),而高发热的元件或高耐热的元件(例如功率晶体管,大规模集成电路等)应放置在冷却流的下游。

  温度测量元件应放置在最热的区域,以便进行最准确的温度测量。

  具有最高功耗和热量输出的元件应放置在散热最佳的位置。除非附近有散热器,否则请勿在PCB板的角落和边缘放置高温元件。涉及功率电阻器时,请尽可能选择更大的元件,并在调整PCB板布局时留有足够的散热空间。

  设备的散热很大程度上取决于设备内的气流,因此在设计中应研究设备中的空气循环情况,并正确安排组件位置或印刷电路板。

  在水平方向上,大功率元件应尽可能靠近PCB的边缘放置,以缩短传热路径。在垂直方向上,应考虑空气反射或热敏感元件被较高的组件阻挡的影响。对于使用自然对流空气冷却的设备,最好按纵向或横向顺序排列集成电路(或其他组件)。

  另外,可以添加导热垫和PCB通孔以改善导热,并促使热量传导到更大的区域。导热垫与通孔离热源越近越好,通孔可以将热量传导到板另一侧的接地层,有助于热量在PCB上均匀分布。

  选择PCB材料和功能以改善导热性和分布

  当仅靠PCB布局技术无法满足热管理目标时,设计师可能会考虑采用成本更高的解决方案。高性能PCB材料和功能组件可以帮助整体散热,但可能会大大增加成本或对设计产生其他影响。

  标准PCB基板FR4的导热系数非常低。大功率应用时,可考虑铝PCB或金属芯板,例如具有许多大功率LED的应用。但是,这可能会将PCB设计限制为单层。

  增加铜的重量,有助于大功率走线的散热。但是,铜越厚,越难以获得更紧密的走线间距和走线宽度。

  更大的通孔有助于PCB各层之间的热传递。在过去,填充导热环氧树脂的通孔很受欢迎,但是这种设计提供的好处很少,是一种低效能高成本的做法。因此,常规的散热孔既有效又低成本。

  总而言之,请避免PCB板上的热点集中,尽可能在PCB板上平均分配热功耗,力求保持PCB表面温度的均匀一致。在设计过程中通常很难实现严格的均匀分布,但是应避免出现功率密度过大的区域。

  在PCB设计中进行适当的热管理,将有助于生产出更可靠,更经济的产品设备。


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