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如何处理PCB设计中的耗散？

我们都知道，电子设备在运行过程中产生的热量会导致设备内部温度迅速升高 。如果不及时散热，设备将继续发热，设备会因过热而发生故障，并且电子设备的可靠性会降低 。因此，PCB的散热设计非常重要 。
印刷电路板温度升高的直接原因是电路功耗设备的存在，并且电子设备的功耗有所不同，并且加热强度随功耗大小而变化 。
印制板中的两种温度升高现象：
（1）局部温升或大面积温升；
（2）短期温升或长期温升 。
PCB热功耗的分析通常从以下几个方面进行：

如何处理PCB设计中的耗散？
文章插图
电力消耗
（1）分析单位面积的功耗；
（2）分析PCB电路板上的功耗分布 。
印制板的结构
（1）印制板的尺寸；
（2）印制板的材料 。
如何安装印制板
（1）安装方式（如垂直安装，水平安装）；
（2）密封条件和与机壳的距离 。
热辐射
（1）印制板表面的发射率；
（2）印制板与相邻表面之间的温差及其温度；
热传导
（1）安装散热器；
（2）其他安装结构零件的传导 。
热对流
（1）自然对流；
（2）强制冷却对流 。
分析上述因素是找出导致印刷电路板温度升高的根本原因的有效方法 。
1.发热元件高，散热器和散热板
当PCB中的少量组件产生大量热量（少于3个）时，可以将散热器或热管添加到加热设备中 。当温度无法降低时，可以使用带风扇的散热器来增强散热效果 。
当加热装置的数量较大（超过3个）时，可以使用较大的散热盖（板），这是根据加热装置在PCB上或大平面上的位置和高度定制的特殊散热器 。散热器切出不同的组件高度位置 。
散热盖整体上扣在组件的表面上，并与每个组件接触以散热 。然而，由于在组件的组装和焊接期间高度的一致性差，所以散热效果不好 。通常，在组件表面上添加软热相变导热垫以提高散热效果 。
2.通过PCB板本身散热
目前，广泛使用的PCB板是覆铜/环氧玻璃布基板或酚醛树脂玻璃布基板，并且使用少量的纸基覆铜板 。尽管这些基板具有优异的电性能和加工性能，但是它们的散热性很差 。作为高热量组件的散热方法，几乎不可能指望PCB本身产生热量来传导热量，而是将热量从组件表面散发到周围的空气中 。
然而，随着电子产品进入组件小型化，高密度安装和高发热组件的时代，仅依靠表面积很小的组件表面来散热是不够的 。同时，由于大量使用了QFP和BGA等表面安装组件，这些组件产生的热量大量传递到PCB板上 。因此，散热的解决方案是提高与加热元件直接接触的PCB本身的散热能力，并使其通过PCB板 。或发送出去 。
3.采用合理的接线设计以达到散热
由于板中树脂的导热性差，并且铜箔线和孔是良好的热导体，因此编辑认为，增加铜箔的残留率和增加热孔是散热的主要手段 。
为了评估PCB的散热能力，有必要计算由导热率不同的各种材料组成的复合材料（PCB的绝缘基板）的等效导热率（9 eq） 。
4.对于使用自由对流风冷的设备，集成电路（或其他设备）垂直或水平排列 。
5，同一印制板上的器件应根据其发热量和散热程度尽可能安排
热值低或耐热性差的设备（例如小信号晶体管，小规模集成电路，电解电容器等）放置在冷却空气流的上部气流（入口）上，热量大或质量好的设备热电阻（例如功率晶体管，大规模集成电路等）放置在冷却气流的下游 。
6，在水平方向上，大功率设备尽可能靠近印制板的边缘放置，以缩短传热路径；在垂直方向上，大功率设备应尽可能靠近印刷电路板的顶部放置，以降低其他设备工作时的温度 。影响 。
7.温度敏感设备放置在温度区域（例如设备底部）中 。切勿将其直接放在加热设备上方 。多个设备排列在交错的水平面中 。
8，设备中印刷电路板的散热主要取决于气流，因此在设计过程中应研究气流路径，并合理配置设备或印刷电路板 。当空气流动时，它总是倾向于流向阻力较小的地方，因此在印刷电路板上配置设备时，请避免在特定区域内留有较大的空隙 。整个机器中的多个印刷电路板的配置应注意相同的问题 。
9，避免热点集中在PCB上
尽可能在PCB板上均匀分配电源，以保持PCB表面温度性能均匀一致 。在设计过程中通常很难实现严格的均匀分布，但是必须避免功率密度过高的区域，以防止热点影响整个电路的正常运行 。
如果可能，有必要分析印刷电路的热性能 。例如，某些PCB设计软件中添加的热性能指标分析软件模块可以帮助设计人员优化电路设计 。
10.将消耗功率和热量的设备放在散热器附近
除非将散热装置放在印刷电路板的角部和外围边缘，否则请勿在其上放置高温设备 。设计功率电阻器时，请尽可能选择更大的设备，并在调整印刷电路板布局时为其留出足够的散热空间 。
11.将高散热装置连接到基板时，它们之间的热阻应最小化 。
【如何处理PCB设计中的耗散？】 为了更好地满足热特性要求，可以在芯片的底面上使用一些导热材料（例如一层导热硅胶），并保持一定的接触面积，以使器件散热 。
12.设备与基板之间的连接：
（1）尽量缩短设备的引线长度；
（2）选择大功率器件时，应考虑引线材料的导热性，并尽可能选择引线的横截面；
（3）选择带有更多引脚的设备 。
13.设备包装选择：
（1）在考虑散热设计时，请注意器件的包装说明及其导热系数；
（2）考虑在基板和器件封装之间提供良好的导热路径；
（3）在导热路径上应避免空气分隔 。在这种情况下，可以使用导热材料进行填充 。

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