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多爾威教您如何幫助PCB電路板散熱

發布(bu)時間:2018-03-19 10:09:08瀏覽(lan)次(ci)數:

一(yi)、PCB溫(wen)升因(yin)素分析

引起PCB溫(wen)升的(de)直接原因(yin)是由(you)于電(dian)(dian)路功耗器件的(de)存在,電(dian)(dian)子器件均(jun)不同程度(du)地存在功耗,發(fa)熱強度(du)隨功耗的(de)大小變(bian)化。

PCB中溫升的2種現象:

(1)局(ju)部溫升或大面積溫升;

(2)短時溫(wen)升(sheng)或(huo)長(chang)時間(jian)溫(wen)升(sheng)。

在分析熱(re)功耗時,一般(ban)從以下幾個方面來分(fen)析。

1.電氣(qi)功耗

(1)分析(xi)單位面積上的功(gong)耗;

(2)分析PCB電路板(ban)上功(gong)耗的分布。

2.PCB的結構

(1)PCB的尺寸;

(2)PCB的材料。

3.PCB的安裝方式

(1)安裝方式(如垂直安裝,水平安裝);

(2)密封情況和離機殼的距離。

4.熱(re)輻射(she)

(1)PCB表面的輻射系數;

(2)PCB與相鄰表面之間的溫差和他們的絕對溫度;

5.熱傳(chuan)導

(1)安裝散熱(re)器;

(2)其他安(an)裝結構件的傳導(dao)。

6.熱對(dui)流

(1)自然對流(liu);

(2)強(qiang)迫冷(leng)卻對流。

從PCB上述各因素的(de)分析(xi)是解決(jue)印制(zhi)板的(de)溫(wen)升(sheng)的(de)有(you)效途徑,往往在一個產品和(he)(he)系統中這些(xie)因素是互(hu)相關聯和(he)(he)依賴的(de),大多數(shu)因素應根(gen)據實(shi)際(ji)情況來(lai)分析(xi),只(zhi)有(you)針對某一具體實(shi)際(ji)情況才(cai)能比較正確地計算或估算出溫(wen)升(sheng)和(he)(he)功耗等參數(shu)。

二、PCB電路板散熱方式

1. 高發熱器件加散(san)熱器、導熱板

當(dang)PCB中(zhong)有少數器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)發(fa)(fa)熱(re)(re)(re)(re)量較大(da)時(shi)(少于3個(ge))時(shi),可在(zai)發(fa)(fa)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)上(shang)(shang)加(jia)散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)或導熱(re)(re)(re)(re)管,當(dang)溫度還(huan)不(bu)能降下來時(shi),可采用帶風扇的(de)散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi),以增強(qiang)散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)效果。當(dang)發(fa)(fa)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)量較多時(shi)(多于3個(ge)),可采用大(da)的(de)散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)罩(zhao)(板(ban)),它是(shi)按PCB板(ban)上(shang)(shang)發(fa)(fa)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)位置和(he)高低而(er)定制的(de)專(zhuan)用散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)或是(shi)在(zai)一個(ge)大(da)的(de)平板(ban)散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)上(shang)(shang)摳(kou)出不(bu)同的(de)元(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)高低位置。將(jiang)散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)罩(zhao)整體扣在(zai)元(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)面上(shang)(shang),與每個(ge)元(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)接(jie)觸而(er)散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)。但由(you)于元(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)裝焊(han)時(shi)高低一致性(xing)差,散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)效果并(bing)不(bu)好。通(tong)常在(zai)元(yuan)器(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)(jian)面上(shang)(shang)加(jia)柔軟的(de)熱(re)(re)(re)(re)相(xiang)變導熱(re)(re)(re)(re)墊(dian)來改(gai)善散(san)(san)(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)效果。

2. 通過PCB板本身(shen)散(san)熱

目(mu)前廣泛應用的(de)(de)(de)(de)PCB板材是(shi)覆銅(tong)/環氧玻(bo)璃布基材或(huo)酚醛樹脂玻(bo)璃布基材,還有(you)少量(liang)使用的(de)(de)(de)(de)紙基覆銅(tong)板材。這些基材雖然具(ju)有(you)優良的(de)(de)(de)(de)電(dian)氣性能和加工(gong)性能,但散熱(re)性差,作為高發(fa)(fa)熱(re)元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)散熱(re)途徑,幾乎(hu)不能指望由PCB本身樹脂傳(chuan)(chuan)導熱(re)量(liang),而是(shi)從元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)向周圍(wei)空氣中散熱(re)。但隨(sui)著電(dian)子產(chan)品已(yi)進入到(dao)部件(jian)小(xiao)型化、高密度安裝、高發(fa)(fa)熱(re)化組裝時代(dai),若只靠(kao)表(biao)(biao)面(mian)積十分小(xiao)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)來散熱(re)是(shi)非常不夠(gou)的(de)(de)(de)(de)。同(tong)時由于QFP、BGA等表(biao)(biao)面(mian)安裝元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)大(da)量(liang)使用,元(yuan)器(qi)件(jian)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)大(da)量(liang)地傳(chuan)(chuan)給PCB板,因此(ci),解決(jue)散熱(re)的(de)(de)(de)(de)最好方法是(shi)提高與發(fa)(fa)熱(re)元(yuan)件(jian)直接接觸的(de)(de)(de)(de)PCB自身的(de)(de)(de)(de)散熱(re)能力(li),通(tong)過PCB板傳(chuan)(chuan)導出去(qu)或(huo)散發(fa)(fa)出去(qu)。

3. 采用合理(li)的走線設(she)計實現散熱(re)

由于板材中的樹脂導(dao)熱(re)(re)性差,而銅箔線(xian)路和孔是熱(re)(re)的良(liang)導(dao)體,因此提高銅箔剩余率和增加導(dao)熱(re)(re)孔是散熱(re)(re)的主要手段。

評價PCB的散(san)熱(re)能力,就需要對由導熱(re)系(xi)數不同的各種材料(liao)構(gou)成(cheng)的復合(he)材料(liao)一(yi)(yi)一(yi)(yi)PCB用(yong)絕(jue)緣基(ji)板的等效導熱(re)系(xi)數(九eq)進(jin)行計(ji)算(suan)。

4. 對(dui)于采用自(zi)由對(dui)流(liu)空氣冷(leng)卻的設備,最好是(shi)將集成電路(或其他器件)按縱(zong)長方式排列,或按橫(heng)長方式排列。

5. 同一塊PCB上的器件應盡可能按其發熱量大小及散熱程度分區排列,發熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),發熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規模集成電路等)放在冷卻氣流最下游。

6. 在水平(ping)方向(xiang)(xiang)上,大功率(lv)器件盡(jin)量靠(kao)近印(yin)制板邊沿布(bu)置,以便縮短(duan)傳熱路徑(jing);在垂直方向(xiang)(xiang)上,大功率(lv)器件盡(jin)量靠(kao)近印(yin)制板上方布(bu)置,以便減(jian)少這些器件工作時對其(qi)他器件溫(wen)度的影響。

7. 對溫(wen)度(du)比較敏感的(de)器件最(zui)好(hao)安置(zhi)在溫(wen)度(du)最(zui)低的(de)區域(yu)(如設備的(de)底(di)部),千萬不要將它放在發(fa)熱器件的(de)正上方(fang),多個(ge)器件最(zui)好(hao)是(shi)在水平(ping)面上交錯布局。

8. 設備內PCB的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計時要研究空氣流動路徑,合理配置器件或印制電路板。空氣流動時總是趨向于阻力小的地方流動,所以在印制電路板上配置器件時,要避免在某個區域留有較大的空域。整機中多塊印制電路板的配置也應注意同樣的問題。

9. 避(bi)免(mian)PCB上熱點(dian)(dian)的(de)集中,盡可能(neng)地將功(gong)(gong)率(lv)均勻地分(fen)(fen)(fen)布在PCB板上,保持PCB表面溫(wen)度(du)性(xing)能(neng)的(de)均勻和一(yi)致(zhi)。往往設(she)計(ji)(ji)過(guo)程(cheng)中要(yao)達到嚴(yan)格的(de)均勻分(fen)(fen)(fen)布是較為困難的(de),但(dan)一(yi)定要(yao)避(bi)免(mian)功(gong)(gong)率(lv)密度(du)太高的(de)區域,以免(mian)出現(xian)過(guo)熱點(dian)(dian)影響(xiang)整個電(dian)路(lu)的(de)正常(chang)工作。如果有(you)條件(jian)的(de)話,進行(xing)印制(zhi)電(dian)路(lu)的(de)熱效(xiao)能(neng)分(fen)(fen)(fen)析是很有(you)必要(yao)的(de),如現(xian)在一(yi)些(xie)專業(ye)PCB設(she)計(ji)(ji)軟(ruan)件(jian)中增加的(de)熱效(xiao)能(neng)指標分(fen)(fen)(fen)析軟(ruan)件(jian)模塊,就(jiu)可以幫(bang)助(zhu)設(she)計(ji)(ji)人員優(you)化電(dian)路(lu)設(she)計(ji)(ji)。

10. 將功(gong)耗最高和發熱(re)最大(da)的(de)器(qi)件布(bu)置在散(san)熱(re)最佳位置附近。不要將發熱(re)較高的(de)器(qi)件放置在印制(zhi)(zhi)板的(de)角落(luo)和四周邊緣,除非(fei)在它的(de)附近安排有(you)散(san)熱(re)裝置。在設計功(gong)率電(dian)阻時(shi)盡可能(neng)選(xuan)擇大(da)一些(xie)的(de)器(qi)件,且在調(diao)整(zheng)印制(zhi)(zhi)板布(bu)局時(shi)使(shi)之有(you)足夠的(de)散(san)熱(re)空間。

11. 高(gao)熱(re)耗(hao)散(san)器件(jian)在與基(ji)板連接(jie)時應(ying)盡能減少它們之間的(de)熱(re)阻。為(wei)了更好地滿足熱(re)特性要求,在芯片底面可使用(yong)一(yi)些熱(re)導材料(如涂抹一(yi)層導熱(re)硅(gui)膠),并保(bao)持一(yi)定(ding)的(de)接(jie)觸區域供(gong)器件(jian)散(san)熱(re)。

12. 器件與(yu)基板的(de)連接(jie):

(1) 盡量縮短(duan)器件引線長(chang)度(du);

(2)選(xuan)擇高功(gong)耗器(qi)件時(shi),應(ying)考慮引線材(cai)料的(de)導熱性(xing),如果(guo)可(ke)能(neng)的(de)話,盡量(liang)選(xuan)擇引線橫段面最大(da);

(3)選擇管腳(jiao)數較多的(de)器件。

13.器件的封裝選取:

(1)在(zai)考慮(lv)熱設計時(shi)應(ying)注意器件的封裝(zhuang)說明和(he)它的熱傳導率(lv);

(2)應考慮在基板與(yu)器件(jian)封裝(zhuang)之間(jian)提供一個良好的熱傳導路徑;

(3)在熱傳導路徑上應避免有空氣隔斷(duan),如果(guo)有這種(zhong)情(qing)況可采用導熱材料進行填充(chong)。