PCB散热问题怎么解决（这12种PCB散热解决方法帮你总结）

了解 PCB 中的热管理技术和热通孔对于最大限度地减少发热问题和提高热性能至关重要。

现代电子产品使用大功率组件，如高性能处理器、MOSFET、大功率LED、IGBT等。大家应该都有感觉到，随着电子行业的发展，这些组件是越来越小了，但是这很容易导致热量的产生，这些热量处高温很容导致设备故障。因此必须要对 PCB进行散热。

在这里，介绍12种 PCB散热处理技术，以减少PCB中的热量。

一、识别热点和大电流迹线

为了制造热稳定的PCB，必须在设计阶段本身研究热效应。热设计的第一步是识别热点。热建模或热模拟技术用于寻找热点。此外，必须同时进行电流分析，因为大电流迹线会产生热量。

组件和大电流走线的适当几何排列可以使热量均匀分布。
大电流走线必须远离传感器和运算放大器等热敏组件。

二、走线的铜厚和宽度

走线宽度

铜焊盘或走线的厚度和宽度在 PCB 热设计中起着重要作用。铜迹线的厚度应足以为通过它的电流提供低阻抗路径，这是因为铜迹线和通孔的电阻会导致显着的功率损耗和发热，尤其是在它们承受高电流密度时。因此，建议使用足够的走线宽度和厚度来减少发热。

三、焊盘设计

铜焊盘

就像走线厚度一样，焊盘厚度也很重要，热量直接向顶部铜层消散。因此，顶部铜焊盘必须具有足够的厚度和面积以提供足够的散热。

如果 PCB 设计中有散热片，它们通常安装在底部铜焊盘上。然后底部的铜焊盘应该有足够的覆盖率，以允许最佳的热量传递到散热器。
元件引脚焊接到 PCB 并由焊盘支撑，该组件直接连接到焊盘，这导致PCB的热阻非常低。电路板上使用了一种特殊的焊盘，即热焊盘。该焊盘仅通过薄桥连接到浇注周围的铜。
用于连接组件占位面积和导热垫的焊有应该最少。热焊盘下过多的焊有会导致回流期间元件漂浮在熔融焊料池上。发生这种情况时，组件包往往会移动。解决浮动封装问题的方法是优化焊有量。

四、PCB 中大功率元件的贴装

放置在PCB中的大功率元件

为了更好地散热，处理器和微控制器等大功率组件应放置在PCB的中心。如果将大功率元件安装在板的边缘附近，它会在边缘积聚热量并提高局部温度。但是，如果将设备放置在电路板的中心，热量会在整个表面上向各个方向散射。因此，PCB的表面温度会更低并且容易消散。

此外，请确保将大功率组件放置在远离敏感设备的位置，并在两个大功率设备之间保持适当的间距，尽量将大功率元件均匀地放置在PCB上。

五、用于PCB中散热的热通孔

散热孔是电路板散热的最简单方法。这里先了解一下热阻。热阻是阻碍热量通过导体的障碍的量化术语。它等于封闭表面上两点之间的温差除以总热流。

热阻

热阻公式

从上面的等式，我们可以得出结论，电阻越高，热流和散热就越困难。较厚的材料比较薄的材料具有更低的电阻。因此，具有较低电阻的较厚PCB材料可以散发更多的热量。

为了提高耗散率，热通孔是一个不错的选择。它们是导热金属桶，可提供从顶部铜到电路板底部表面的低热阻路径。这些通孔位于加热组件的正下方，以促进使用传导方法的耗散过程。

1、热通孔结构

没有完美的方法来设计散热通孔。然而，热通孔的一般结构如下所述：

热通孔是一种具有增强铜层厚度的通孔接触。
通孔填充有导电环氧树脂并覆盖有铜。因此，填充和封盖的通孔将用作热管，用于将热量从热点传递出去。
用阻焊层密封，以确保连接到它们的组件的良好焊接。

热通孔有助于在 PCB中散热

在较厚的电路板（厚度>0.7mm）中实现了填充和封盖过孔。散热孔的直径虽然没有实验结果，但最优化的是0.3mm。

为了使热分布提前一步，在热通孔下方加入一个铜焊盘。请记住，铜面积必须更大，否则对散热的影响可以忽略不计。

2、在电路板中放置散热孔

定位散热通孔并安排它们至关重要，这些通孔的热导率高于FR4。

在PCB中放置散热孔

每个通孔都有电感。有趣的事实是，如果过孔平行排列并连接到接地平面，则可以实现最低电感的返回路径，前提是加热组件的底部导体接地。因此，尽可能地吸收 PCB中的热通孔，这些将建立低热阻并加快传热过程。

功率IC和处理器下的散热孔数量应由设计人员根据散热范围和表面积来确定。预算不足的话，那就增加给定直径的长度或选择更宽的过孔。

散热孔的限制：主要需要提供更好散热的铜平面，影响限于通孔所在的特定区域。
散热孔的好处：符合IPC-2152热性能标准。

六、散热器

连接在PCB中的散热器

散热片是一种将 PCB 元件散发的热量转移到冷却介质中的冷却方法。

散热器的工作原理是传导原理，即热量从高热阻区域传递到低热阻区域。热量也从高温区流向低温区，热流量与温差成正比。散热器将热量从PCB吸收到散热片，这些散热片提供更大的表面积以更快地散热。

可以根据几个因素为他们的设计选择合适的散热器。例如，所用材料的热阻率、水槽内冷却液的速度、所用的热界面材料、翅片的数量和翅片之间的间距、所用的安装技术等。

七、热管一体化

热管的工作流程图

热管是推荐用于更高温度应用的冷却装置，例如火箭、卫星和航空电子设备。热管大多为空心圆柱体，但可以方便地制成任何形状。

从各种设备散发的热量被传递到热管内的液体并使液体蒸发。蒸发的液体在冷凝器端冷凝，并通过毛细作用通过芯结构返回蒸发器，这种循环过程可确保散发的热量从PCB流出。

这里应考虑使用完全覆盖其热源并能够根剧你的设计要求弯曲的热管。有多种热管工作流体可供选择，从冷冻剂到液态金屋。工作流体的选择取决于回路的温度范围以及流体与容器和热管芯的化学相容性。

八、较厚的PCB板

厚度更大的PCB板

对于较小的设备，散热器、热管、冷却风扇等冷却方法根本不是一种选择。在这种情况下，唯一的选择是增加电路板的导热性并分散产生的热量。具有较大表面积的厚板可以快速散热。

PCB的导热系数是根据所用材料的热膨胀系数（CTE）及其厚度确定的。必须特别注意为PCB 叠层中的每一层选择材料。当不同层中使用的各种材料的热膨胀系数不匹配时，在重复热循环时，会发生疲劳以降低热导率。通孔和焊球中的镀铜在高热循环下更容易受到损坏。

九、集成冷却方式

带一个过孔的集成冷却器

与传统的散热器和风扇设置相比，集成冷却方法用于实现更高的导热系数。这个概念是通过专用通孔将冷却剂直接吹到处理器或BGA或任何加热组件的底部。。

过孔的数量应由设计人员确定，具体取决于安装组件的热标准。首先考虑单个通孔，可以根据需要添加更多通孔，具体取决于冷却流体的速度和组件的表面积。

使用内置热交换器的集成冷却器

还有其他类型的集成冷却方法，例如上面说明的内部冷却方法。在这种方法中，板本身内部装有一个热交换器。由于不需要外部散热器或冷板，因此减少了PCB组装步骤和最终产品的重量。但是这些冷却器需要在冷却通道周围具有非常高的热通孔密度。

十、冷却风扇

冷风扇

上面介绍了几种冷却方法，如散热器、热管、PCB中的热通孔等。所有这些技术都通过传导来交换热量，这在很多情况下是不够的。冷却风扇采用对流热传递方法，提供了一种非常有效的方法来将热量从组件中带走。

风扇的效率取决于从设备中排出特定体积空气的能力以及放置风扇的兼容性。在选择风扇时必须考虑摩擦、尺寸、噪音、成本、操作、功率要求等因素。但是风扇的主要目的是推动一定量的空气，这意味着容量是选择冷却风扇的优越因素。

十一、焊接浓度

器件接头的焊接厚度应均匀且环境温度稳定以减少元件引线山的热量积聚。在通孔附近焊接应格外小心焊料有可能过度填充孔，导致板底部出现凸块，这会减少散热器的接触面积。

焊料溢出到通孔中

有两种选择来避免焊料溢出：

将通孔的直径减小到0.3mm以下。通孔越小，通孔内液态焊料的表面张力就能够更好地抵抗焊料上的重力。
帐篷，它涉及用阻焊层覆盖通孔的焊盘，以防止焊料流下通孔。

十二、珀耳帖热泵/热电冷却器

珀耳帖热泵

这里涉及到先进的PCB冷却技术了。热电冷却或热泵方法使用珀尔帖效应进行冷却。珀尔帖效应与热蒸汽的产生相反，可以将组件冷却到低于环境温度。

TEC 用于应将组件温度保持在特定水平的情况。例如 CCD相机（电荷耦合器件）、激光二极管、微处理器、夜视系统等。TEC提供准确的温度控制和更快的响应。

可以将TEC与空气冷却或液体冷却技术结合使用，以扩展高功率耗散处理器的传统空气冷却限制。商用Peltier泵的陶瓷面尺寸范围从冷却侧3.2×3.2mm²到62×62mm²，底座（加热侧）从3.8×3.8mm²到62×62mm2。

十三、PCB的热模拟

pcb的热仿真

详细的热模拟有助于精确找到PCB中热热点的温度。热模拟是在不同条件下获得的加热区域温度的色标图。模拟中的温度单位始终为摄氏度（℃）。色标图是通过计算PCB上数千个点的温度而获得的。

为什么要进行热模拟？

定位热热点以避免设备故障的风险。
确定具有各种CTE值的介电材料的可能可靠性，提高产品可靠性。
热仿真可以通过减少工程延迟、现场故障和产品迭代来降低实施成本。
提高工程和电气团队之间的绩效和沟通。

以上就是关于12种 PCB散热解决办法 的简单介绍，希望能够对大家有用，欢迎大家多多指教。