PCB散热设计的基本原则 - 洛阳东方发电设备有限公司企业论坛 - 中国自动化企业中心

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发表人：qinye

发表时间：2019/6/28 13:33:00

本栏论题：

PCB散热设计的基本原则 [972]

    PCB设计散热基本原则

    1．选材 PCB基材应根据焊接要求和耐热性要求，选择耐热性好、CTE（Coefficients of Thermal Expansion，热膨胀系数）较小或与元器件CTE相适应的基材，以尽量减小元器件与基材之间的CTE相对差。基材的玻璃化转变温度（Tg）是衡量基材耐热性的重要参数之一，一般基材的Tg低，热膨胀系数就大，特别是在Z方向（板的厚度方向）的膨胀更为明显，容易使镀覆孔损坏；基材的Tg高，膨胀系数就小，耐热性相对较好，但是Tg过高基材会变脆，机械加工性下降。因此，选材时要兼顾基材的综合性能。 PCB的导线由于通过电流后会产生温升，故加上规定环境温度值后温度应不超过125℃。125℃是常用的典型值，根据选用的板材不同，该值可能不同。由于元器件安装在PCB上时也发出一部分热量，影响工作温度，故选择材料和设计PCB时应考虑到这些因素，即热点温度应不超过125℃，而且应尽可能选择更厚一点的覆铜箔。随着开关电源等电子功率产品的小型化，表面贴片元器件广泛运用到这些产品中，这时散热片难于安装到一些功率器件上。在这种情况下可选择铝基、陶瓷基等热阻小的板材。可以选择铝基覆铜板、铁基覆铜板等金属PCB作为功率器件的载体，因为金属PCB的散热性远好于传统的PCB，而且可以贴装SMD元器件。也可以采用一种铜芯PCB，该基板的中间层是铜板，绝缘层采用的是高导热的环氧玻纤布黏结片或高导热的环氧树脂，可以双面贴装SMD元器件。大功率SMD元器件可以将SMD自身的散热片直接焊接在金属PCB上，利用金属PCB中的金属板来散热。还有一种铝基板，在铝基板与铜箔层间的绝缘层采用的是高导热性的导热胶，其导热性要大大优于环氧玻纤布黏结片或高导热的环氧树脂，且导热胶厚度可根据需要来设置。

    2．CTE（热膨胀系数）的匹配在进行PCB的设计时，尤其是进行表面安装用PCB的设计时，首先应考虑材料的CTE匹配问题。IC封装的基板有刚性有机封装基板、挠性有机封装基板、陶瓷封装基板3类。采用模塑技术、模压陶瓷技术、层压陶瓷技术和层压塑料4种方式进行封装的IC，PCB基板用的材料主要有高温环氧树脂、BT树脂、聚酞亚胺、陶瓷和难熔玻璃等。由于IC封装基板用的这些材料耐温较高，X、Y方向的热膨胀系数较低，故在选择PCB材料时应了解元器件的封装形式和基板的材料，并考虑元器件焊接时工艺过程温度的变化范围，选择热膨胀系数与之相匹配的基材，以降低由材料的热膨胀系数差异引起的热应力。采用陶瓷基板封装的元器件的CTE典型值为5～7×10-6/℃，无引线陶瓷芯片载体LCCC 的CTE范围是3.5～7.8×10-6/℃，有的器件的基板材料采用了与某些PCB基材相同的材料，如PI、BT和耐热环氧树脂等。不同材料的CTE值。在选择PCB的基材时应尽量考虑使基材的热膨胀系数接近于器件基板材料的热膨胀系数

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