智能电子PCB如何散热？线路板厂家解答

在电子设备日益小型化的趋势下，PCB 线路板的散热设计成为影响 PCBA 产品性能的关键因素。

散热设计的必要性：

随着科技的发展，电子设备朝着小型化方向迈进，同时功率不断攀升，这使得热流密度急剧增大。高温对产品和元器件都存在诸多不良影响：

• 对产品的危害：过高的温度可能导致元器件损坏，如炸管现象；还会使绝缘性能下降，加速材料老化，甚至引发焊缝开裂、焊点脱落等严重问题，直接影响产品的稳定性和使用寿命。
• 对元器件的影响：高温会缩短电容的使用寿命，改变电阻的阻值，降低磁性器件绝缘材料的性能，增加晶体管的故障率，进而影响整个电子设备的性能。
• 制约产品发展：散热问题已然成为限制产品向小型化、轻便化发展的瓶颈。解决好散热问题，才能突破这一制约，推动电子设备的持续创新。

改善散热问题的途径：

为了有效解决散热问题，需要从元件级、电路板级和环境级三个层面进行热设计：

• 元件级热设计：这一环节主要聚焦于研究元器件内部结构及其封装形式对传热的影响。通过精确计算和深入分析元器件的温度分布，从材料和结构方面进行优化设计，降低热阻，拓宽传热路径，提升传热效果，最终实现降低元器件温度的目标。此项工作通常由元器件生产厂家完成。
• 电路板级热设计：重点研究电路板的结构以及元器件的布局对元件温度的影响，同时关注电子设备中多块电路板的温度分布情况。通过计算电子元件的结点温度，进行可靠性设计。合理规划电路板结构和元器件布局，在电路板及其所在箱体内采取有效的热控制措施，从而达到降低温度的目的。
• 环境级热设计：主要研究电子设备所处环境温度对其产生的影响。环境温度是电路板级热分析的重要边界条件。通过采取相应措施控制环境温度，确保电子设备能在适宜的温度环境下稳定工作。

PCB 布局设计中的散热要点：

在 PCB 布局设计过程中，散热设计至关重要，需要注意以下几个方面：

• 风道规划与器件布局：在进行整体 PCB 板布局之前，必须清晰了解 PCB 上热设计的风道走向。将热器件分散或错开放置，确保风道上没有高器件阻挡气流。当一系列需要加装散热器的器件沿气流来流方向布置时，应尽量采用错列布置的方式，以减少上下游器件之间的相互影响。若无法实现交错排列，也要避免将高大的元器件（如结构件等）放置在高发热元器件的上方。
• 按发热及散热程度分区：同一印制板上的器件，应依据其发热量大小和散热程度进行分区排列。将发热量小或耐热性差的器件，如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等，放置在冷却气流的最上游（入口处）；而将发热量大或耐热性好的器件，如功率晶体管、大规模集成电路等，安排在冷却气流的最下游。
• 热敏器件的布局：对于温度敏感的器件，如温度规格较低的晶振和其他热敏感器件，布局时需格外注意。最好将它们安置在进风口处或温度最低的区域，如设备的底部，避免将其放置在发热器件的正上方。
• 散热措施的考量：当元器件的发热密度超过 0.6W/cm³ 时，仅依靠单元器件的引脚及元器件本身已无法满足充分散热的需求，此时应考虑采用增加散热器或风扇等辅助散热措施。
• 内部 PCB 板的布局：对于模块内部无法吹到风的 PCB 板，在布置元器件时，要确保元器件与结构件之间保持一定的距离，以促进空气流动，增强对流换热效果。
• 散热片的设计与布局：若采用散热片设计，带有导风方向要求的散热片应与风向保持一致。散热片下方不允许放置热敏器件、测试器件以及有后期操作要求的器件。使用定位孔固定的散热片周围，要留出足够的区域，确保没有任何高器件。
• 增强散热的其他方式：为了进一步增大散热面积和增强对流效果，对于大功率器件可考虑加装散热器，整机可配备风扇等散热设备。此外，还可以通过水道设计等方式加强散热。