热性能:PCB设计解决方案和最佳实践

2022年8月22日

关键的外卖

学习如何选择合适的板材料抗热的场景。
组件的布局方法最大化传热远离你的董事会。
提示和技巧优化PCB的路由和跟踪规范高效的热性能。

随着电路变得更快、更小、热问题比以往任何时候都更普遍,成为重要的设计你的董事会处理这些高温的场景

最近,电子产品已经变得更快,更小,更苛刻的环境中使用。ICs和smd比以往任何时候都更小,运行更快的频率,并要求更多的权力。从我们的设备我们需求更多的电流,电阻元件上的电压降功率转换成热量,导致温度上升和热点。现在超过一半的电子元件都失败由于一些压力源于热量。为了开发高质量的电路板,现在比以往任何时候都更重要的是考虑系统的安全性和温度效率和设计你的PCB热性能。在本文中,我们将介绍一些关键的策略和解决方案为PCB设计热性能改进。

导热系数是指物质传输热量的能力。在多氯联苯的情况下,这指的是被动(或活动)能力生成的热量从外部系统的组件。如果你能提前计划和预测来源的高上升暖气流在生产电路板之前,你将能够产生更可靠的设备。尤其是小或大电流设备,PCB可以很容易地形成热点。知道如何为热力性能设计是让下一代的关键设备。

特定行业的例子,恶劣的操作环境和特别容易受到高热环境是天然气和石油,航空电子设备和汽车工业。是否你的董事会将用于工业设备,电力电子,或嵌入式系统,设计电路板热性能高需要特殊考虑。具体地说,我们会调查方法板制造、布局、路由和热分析来保持你的董事会执行酷。

印刷电路板材料和操作温度

快板董事会分层盘旋飞行管理器显示一个四层板。改变介质材料可以导致更好的热性能。

在布局组件之前,要考虑你的董事会结构和材料,因为它起到很大作用散发热量。

如果你的操作在一个董事会特别是炎热的环境,重要的是要知道材料的工作温度,特别是TG评级(玻璃化转变温度)。FR-4,最常见的PCB材料,操作额定130度的玻璃开始前将液态。如果你计划在操作温度升高时,考虑使用不同的材料,如圣意S1000-2 ARLON 85 n,或ITEQ - 180 a。

在这种情况下,你的董事会产生一个特别大量的热量,使用另一种衬底更高的导热系数是你最好的选择。陶瓷,例如,有更高的热导率和机械性能可调,能适应压力,介绍了热循环。

表概述了PCB材料导热系数包括FR4、氧化铝、氮化铝、氧化铍

FR-4相比,陶瓷的热膨胀系数接近硅芯片,因此不需要一个接口材料。其他混合材料,如聚四氟乙烯和non-PTFE热固性树脂和陶瓷填料系统可能提供更低的介电损失。

PCB的有效热导率依赖于个人的总厚度和厚度的铜和环氧树指玻璃。使用金属核心FR4董事会或其他可以帮助传输热量更快在由于高导电性的金属。铝和镀锌铜通常采用铝有点便宜,但铜更热的效率。加速散热,考虑使用防护涂料或其它封装材料。

PCB设计的热性能

各种电器元件有不同的热的足迹

知道如何选择特定的组件热有效是至关重要的保持你的板在高温的条件下操作

布局组件同时保持热寿命考虑是非常重要的,你的董事会的功能。一些关键的PCB设计考虑改进的热力性能包括:

热敏元件

对温度特别敏感的组件应放置在温度最低的位置,如板的底部。一定要让他们远离组件与高温生产力(如频率晶体管,hyper-scale ICs,微处理器)。这些发热组件,另一方面,应放置在位置最好的散热(宽铜痕迹和多边形填充,我们将深入研究在即将到来的部分)。被动元件,产生更少的热量,而且更热敏边缘附近高性能组件的中心。

高功率元件

大功率组件,如大功率电阻和电压调节器,将产生大量的热,聚束起来可以创建热点。分发你的大功率组件在整个董事会避免创建特定的热点。

组件选择

超过一半的热量被带到董事会通过组件生成的线索。考虑使用金属电镀洞和保持领先。此外,当高功耗选择组件时,选择组件与一个更大的横截面积和高针数为更好的传热。使用螺丝山PCB也可以允许热访问的基础系统,更有效地散发热量。

工作在大电流时,组件,如电阻变换,转换场效应晶体管,驱动电路和控制电路产生局部温度升高。许多这些组件可能不是用于极端高温,可能在操作温度下分解。确保验证组件温度评级在选择他们阻止你的董事会过热和失败。

记住,在组件变得更小,他们可以更少的热量消散。一个MOSFET SOT-23包,例如,更少散热面积而一个MOSFET - 220包。

路由为热力性能和跟踪规范

PCB痕迹不会只是作为电流进行元素,他们还将协助转移热量从你最热的组件。

跟踪长度和宽度

与大电流对权力的痕迹,让他们尽可能短,远离其他敏感电路。减少当前的长度最小化跟踪电感流动,降低了噪音,可以生成的。考虑路由在45度角甚至舍入而不是使用直角。同时,增加你的痕迹宽度,狭窄的痕迹会导致性能的下降。宽痕迹降低电感和电阻,从而减少热量的一代。注意跟踪几何变化可以影响跟踪阻抗被交流信号。这可能导致需要改变分层盘旋飞行保持阻抗匹配预定义值源和负载所必需的组件。