印制电路板的热设计及其解决方案

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　　PCB热设计的目的是采取适当的措施和方法降低元器件的温度和PCB板的温度，使系统在合适的温度下正常工作。本文主要从减少发热元件的发热量及加快散热等方面探讨板级电路热设计及其实现方法。
　　1减小发热量
　　PCB中热量的来源主要有三个方面：(1)电子元器件的发热；(2)P c B本身的发热；(3)
　　其它部分传来的热。在这三个热源中，元器件的发热量最大，是主要热源，其次是PCB板产生的热，外部传入的热量取决于系统的总体热设计，这不在本文讨论范围。
　　                               图1
　　元器件的发热量是由其功耗决定的，因此在设计时首先应选用功耗小的元器件，尽量减小发热量。其次是元器件工作点的设定，一般应选择在其额定工作范围，在此范围内工作时性能佳，功耗小，寿命最长。功放类器件本身发热量就大，设计时尽量避免满负荷工作。对于大功率器件应贯彻降额设计的原则，适当加大设计富裕度，这无论是对于加大系统稳定性、可靠性和降低发热量都有好处。
　　PCB板由于线路本身电阻发热，以及交流、高频激化生热。PCB是由铜导体和绝缘介质材料组成，一般认为绝缘介质材料不发热。铜导体图形由于铜本身存在电阻，当电流通过时就发热，象mA(毫安)、uA(微安)级那样的小电流通过时，发热问题可忽略不计，但当大电流(百毫安级以上)通过时就不能忽视。
　　值得注意的是，当导体图形温度上升到85℃左右时，绝缘材料自身开始发黄(图1)，电流继续通过，最后铜图形熔断，特别是多层板内层图形，周围都是传热性差的树脂，散热困难，因而温度不可避免地上升，所以特别要注意导体图形线宽的设计。实际上在进行PCB布线设计时走线线宽主要依据其发热量和散热环境来确定的。铜导体的截面积决定了导线电阻(数字电路中线电阻引起的信号损耗可忽略不计)，铜导体和绝缘基材的导热率影响温升，进而决定载流量。图2是普通FR-4覆铜箔板铜导体图形线宽及截面积与允许电流之间的关系图。从图中可以看出：导体图形截面积一定，当其允许电流值为2A，温度上升值低于10℃时，对于35 Um铜箔，其线宽应设计为2mm：对于70um铜箔，其线宽应设计为lmm。由此得出：当导体的截面积、允许电流和温度上升值一定时，可通过增加铜箔厚度或加大线宽值两个方面来满足走线的散热要求。

                                                                 
　　2加快散热
　　在给定条件下，当板级电路中元器件温度上升到超过可靠性保证温度时，便要采取适当的散热对策，使其温度降低到可靠性工作范围内，这就是我们进行热设计的最终目的。散热是PCB热设计的主要内容。对于PCB来说，其散热无外乎三种基本类型一一导热、对流、辐射。辐射是利