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技術專題
PCB設計中的熱管理技術
印刷電路板（PCB）是電子系統的基本組件。PCB的性能增強了整個設備的性能。隨著設備的小型化，單位面積產生的熱量增加了。反過來，這會使設備內的組件發生故障，從而縮短設備的使用壽命。電子設備中主要的發熱組件是微處理器，晶體管，電阻器，電池，焊點和銅走線。當數百萬個這樣的組件在一個小區域內堆積在一起時，產生的熱量將成倍增加?？梢酝ㄟ^維持嚴格的熱設計程序并在設備內提供電路冷卻設施來緩解熱量過多的問題。
PCB的熱管理需求
PCB的性能通過其速度，精度和壽命等參數進行評估。電路中產生的過多熱量會影響電路的性能。由于電流的流動，PCB中會產生熱量。電路中產生的熱量為
發熱= I 2 R
其中，I是電路中流動的電流，R是電路熱阻。
熱阻也表示為。?的值為
? = l / A * K
哪里
是熱路徑的長度
A是路徑的橫截面積，并且
K是導熱系數
工程師的設計目標將是通過優化任何這些參數以獲得更好的性能來降低電路的熱阻。高頻運行的設備可能會由于自耦合和相互耦合而發熱。
減少熱量的產生可以通過組件的選擇，放置和方向來實現。尤其是對于高速，高性能應用，考慮到高工作頻率和設備緊湊性，熱管理變得至關重要。
PCB熱剖面分析
PCB的熱分析可以在仿真階段或在器件測試階段進行。該分析為設計工程師提供了PCB內部熱量形成和傳遞的概念。然后，他們可以使用結果和模擬來提出有助于他們更好地管理熱量的技術。使用的一些分析技術是：
視力檢查
在操作過程中目視檢查設備，以查找是否有燃燒，過熱或組件損壞的跡象。組件變色和燃燒的氣味是設備故障的一些跡象。可以識別并糾正諸如短路之類的簡單問題。
紅外攝像機測試
熱像儀紅外熱像儀可以查明熱泄漏的位置。IR分析對于發現假冒或有缺陷的組件很有用。焊錫不足，電阻更高和散熱更多的走線，可以使用IR分析來識別。
熱分析儀測試
這是原型前仿真級別的檢查。軟件仿真可以報告設計中潛在的發熱區域。使用此報告，可以在實際生產PCB時進行設計調整。仿真大大節省了時間和成本。仿真還可以提供有關在不同環境溫度下設備性能的數據。這將增強設備的可靠性
PCB散熱設計技術
設計技術和組件選擇可以幫助減少PCB中的熱量產生。常用技術包括散熱孔，散熱器，熱管和銅接地板等。在某些設備中還提供了冷卻風扇以引起外部冷卻。某些設備（例如，筆記本電腦）中同時使用了散熱器，熱管和風扇，這兩種技術的結合也被采用。
金屬作為導熱墊
銅是良好的熱導體。在PCB下方使用較厚的銅墊作為散熱墊。此技術稱為外部散熱器。銅板將熱量散布到整個板上，從而減少了任何特定的組件損壞。
PCB材料的選擇
設計人員選擇的PCB材料應具有以下特性：在很寬的溫度和相對濕度范圍內具有穩定的介電性能，在很大的溫度范圍內具有穩定的熱機械性能，并且與構成PCB的其他材料具有熱兼容性。耐熱的PCB材料可降低溫度變化的風險。
內部散熱片/散熱孔通過陣列設計
內部散熱器是金屬通孔，可將熱量從頂層傳導到絕緣層，以將熱量分布在下面的銅平面上。散熱孔可以是簡單且空心的，也可以填充環氧樹脂并鍍銅。通孔可改善熱傳導。散熱孔可顯著降低熱阻。通孔離熱源越近，導熱性越好，系統的熱性能也越好。
冷卻系統
冷卻系統可以與設備集成在一起以改善散熱。冷卻系統可以是強制空氣冷卻型或流體冷卻型。通過策略性地放置冷卻風扇以釋放熱量來完成強制空氣冷卻。流體冷卻通過熱交換器過程完成。對于緊湊的低功率設備，風扇是優選的，而對于產生高熱量的關鍵設備，則優選流體冷卻。
優化散熱設計的挑戰
縮小PCB面積
電路性能和速度
性價比
抗環境溫度