设计PCB热阻较低

2020年1月24日

PCB着火了

保持你的PCB热阻低与这些设计技巧。

为保持组件热管理是非常重要的在你的董事会在一个安全操作温度。FR4,可以说是最受欢迎的衬底材料,导热系数非常低,导致热量保持在接近热组件。这是一个全面的热管理策略需要散热远离关键部件和让他们在他们的操作温度。

风扇和散热片通常是任何热管理的一部分,但你也应该设计PCB热阻较低。这需要选择正确的材料或大量使用额外的铜提供低电阻路径热量的关键组件。这里有一些方法可以减少你的PCB的热阻,并确保你的板是在一个安全的温度范围。

PCB热阻是什么?

“热导率”一词有时被用于将术语“热阻”,但两个量是不一样的。PCB热电阻是电阻的热力学模拟。这取决于衬底材料的导热系数,组件,和铜的特性,以及所有这些元素的几何。董事会与更高的导热系数允许热从温暖的地区转移到一个较冷的地区速度,因此董事会将有较低的热阻。

各种材料和组件在你的董事会将有不同的热导率,所以他们将进行热量以不同的速率。的整体热阻板需要考虑每个元素的热阻。如果你喜欢,你可以构建电路模型,可用于发现的总热阻板使用每个组件的热阻,同样是电阻的情况。这样的组合高的热阻衬底(通常FR4)和较低的热阻导体(铜)决定了有效热导率和总热阻的PCB。

设计来降低热阻

从上面的讨论,如果没有明显降低PCB热阻的最好方法是使用更多的与高导热材料。这是一个原因,董事会与热组件应该使用室内平面层。飞机使用的铜层具有较高的热导率,所以它提供了一个低阻路径热量从热组件。如果你正在设计一个使用高速度或频率,您应该使用内部电源/地平面层无论如何这个艾滋病隔离,并提供对辐射EMI屏蔽外部来源。

将铜垫下面热组件的另一种方法是直接从表层热量。这些垫通常包含通过连接到一个内部地平面,为这些组件提供形象屏蔽。组件与die-attached热桨应直接焊接热垫,从而最大限度地提高传热的组件。设计时要小心这些垫放置太大/太多的通过将允许焊芯通过在装配板的后面。这是一个好主意来检查你的制造商组装房子对他们的能力。

通过降低PCB热阻热垫

通过热垫。上浆时要小心这些通过定义它们之间的间距。

另一种主要方式,减少热阻在PCB是使用较重的铜。如果你知道你的董事会必须在更高的电流运行,那么您应该使用较重的铜无论如何;ipc - 2152计算图表(见第6页的PDF文件)是一种设计的痕迹,防止过度的温度上升,尽管很难调和基于IPC 2152 -设计与阻抗控制要求。

超负荷散热与替代基质材料

一张FR4低导热系数相对于其他衬底材料,因此它具有较高的热阻,这促使热垫在热组件的使用。陶瓷和金属芯多氯联苯等其他基质为热管理是一种有吸引力的选择。两种材料提供更高的整体热导率,使热量迅速从一个组件不使用热垫和通孔通过的董事会。

FR4的导热系数约为1.0 W / (m k),和其他高frequency-compatible分层(例如,罗杰斯和伊索拉材料)也有类似的导热系数的值。相比之下,陶瓷材料热导率范围在20到300 W / (m k),使它们适合使用热组件,或放置在一个系统其他热源附近。高导热系数的陶瓷基板可以消除需要笨重散热片或嘈杂的球迷在你的董事会。常见的陶瓷多氯联苯包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅。

陶瓷多氯联苯有其他的优点和缺点。尽管陶瓷材料强度高、脆弱,很容易骨折,而FR4非常灵活。陶瓷材料的热膨胀系数已接近的值比FR4铜或其他纤维编织基质。这样可以减少热应力在薄的痕迹,通过操作。陶瓷的材料属性也可以调整通过使用各种添加剂;这是材料科学研究的一个活跃的领域。

金属芯多氯联苯是另一个替代FR4基板。这种类型的衬底使用金属板(通常是铝)为核心。这个核心可以连接到附近的地平面,提供一个额外的层对EMI屏蔽。金属芯还提供了更高的机械强度和低的热阻,同时仍然灵活;这些板不会轻易断裂相比,陶瓷材料。铝芯多氯联苯通常用于高功率LED照明系统,在董事会随后附加到一个大金属住房。这提供了非常高的散热板。