PCB芯片散熱設(shè)計(jì)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-07-20
PCB芯片散熱設(shè)計(jì)的視頻教程
從零開(kāi)始學(xué)散熱——熱設(shè)計(jì)角度理解單板和芯片
元器件是熱量的源頭，了解單板和元器件的熱特性，是熱設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)散熱方案的基礎(chǔ)。 網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于芯片封裝的資料很多，但從熱設(shè)計(jì)角度分析封裝特性的極少。本資料從熱設(shè)計(jì)工程師的角度去理解剖析單板和元器件的特征，為合理設(shè)計(jì)外圍散熱方案提供參考。 本視頻內(nèi)容參考書(shū)籍《從零開(kāi)始學(xué)散熱》第五章芯片封裝和電路板的熱特性。
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PCB芯片散熱設(shè)計(jì)的實(shí)例教程
01
前言
工作中的電路板有許多發(fā)熱比較大的元器件，比如MOS管、LED、三極管，尤其在滿載的情況下更為嚴(yán)重，散熱通孔是眾所周知的一種通過(guò)電路板表面貼裝元件的散熱方法。
在結(jié)構(gòu)上，板上開(kāi)有一個(gè)通孔，如果該板是單層雙面板，則使銅箔連接電路板的頂面和底面，以增加用于散熱的面積和體積，降低熱阻。
在多層板的情況下，熱通孔可以連接多個(gè)層，或者可以僅限于層的部分連接，但是在所有情況下，基本原理都是相同的。
將貼片元件的散熱焊盤(pán)貼片安裝在PCB上，可以降低熱阻。熱阻取決于用于散熱的PCB上銅箔的面積和厚度，以及板的厚度和材料。本質(zhì)上，這些材料越寬越厚，散熱效果就越大。
但銅箔的厚度通常需要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，且不能過(guò)厚。此外，由于微型化仍然是基本設(shè)計(jì)要求，因此PCB的面積應(yīng)依照實(shí)際需求設(shè)計(jì)，實(shí)際的銅箔的厚度也不能做的得非常大，因此當(dāng)PCB超過(guò)一定的單面散熱面積時(shí)，單面電路板散熱效果會(huì)大打折扣。FR-4的導(dǎo)熱系數(shù)非常低。
解決這些問(wèn)題的一種措施是使用熱通孔，通孔是通過(guò)鉆孔和鍍銅而形成的，與PTH或通孔用于層之間的電氣互連的方法相同。為了有效地使用散熱孔，散熱孔應(yīng)靠近加熱元件放置。
如下圖所示，利用了熱平衡的影響，因此很明顯將具有較大溫差的區(qū)域連接起來(lái)效果會(huì)很不錯(cuò)。
02
空心過(guò)孔與填充過(guò)孔影響
空心式通孔相比填充式通孔相比，空心式通孔將導(dǎo)致更高的熱阻。對(duì)于直徑為0.6mm的通孔，使用35 um(1 oz.)鍍銅，垂直于熱焊盤(pán)的面積僅為0.06 mm2，而焊料填充通孔的面積為0.28 mm2，導(dǎo)致熱阻為64°C/W，而填充了焊料則為42°C/W，如果完全填充銅則為14°C/W。
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專業(yè)熱設(shè)計(jì)人必學(xué)必會(huì)182講---電子產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)理論視頻課程（國(guó)內(nèi)首套有關(guān)散熱理論設(shè)計(jì)的系統(tǒng)培訓(xùn)課程）
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一、熱設(shè)計(jì)的重要性
電子設(shè)備在工作期間所消耗的電能，比如射頻功放，F(xiàn)PGA芯片，電源類產(chǎn)品，除了有用功外，大部分轉(zhuǎn)化成熱量散發(fā)。電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量，使內(nèi)部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)，設(shè)備會(huì)繼續(xù)升溫，器件就會(huì)因過(guò)熱失效，電子設(shè)備的可靠性將下降。SMT使電子設(shè)備的安裝密度增大，有效散熱面積減小，設(shè)備溫升嚴(yán)重地影響可靠性，因此，對(duì)熱設(shè)計(jì)的研究顯得十分重要。
搞射頻的兄弟有柴，這樣散熱也行？
對(duì)于PCB電路板的散熱是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，那么PCB電路板散熱技巧是怎樣的，下面我們一起來(lái)討論下。
對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，從而使設(shè)備內(nèi)部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)出去，設(shè)備就會(huì)持續(xù)的升溫，器件就會(huì)因過(guò)熱而失效，電子設(shè)備的可靠性能就會(huì)下降。因此，對(duì)電路板進(jìn)行很好的散熱處理是非常重要的。
二、印制電路板溫升因素分析
引起印制板溫升的直接原因是由于電路功耗器件的存在，電子器件均不同程度地存在功耗，發(fā)熱強(qiáng)度隨功耗的大小變化。
印制板中溫升的 2 種現(xiàn)象：
（1） 局部溫升或大面積溫升；
（2） 短時(shí)溫升或長(zhǎng)時(shí)間溫升。在分析 PCB 熱功耗時(shí)，一般從以下幾個(gè)方面來(lái)分析。
展開(kāi) g、將功耗最高和發(fā)熱最大的器件布置在散熱最佳位置附近。不要將發(fā)熱較高的器件放置在印制板的角落和四周邊緣，除非在它的附近安排有散熱裝置。在設(shè)計(jì)功率電阻時(shí)盡可能選擇大一些的器件，且在調(diào)整印制板布局時(shí)使之有足夠的散熱空間。
h、元器件間距建議：
g、將功耗最高和發(fā)熱最大的器件布置在散熱最佳位置附近。不要將發(fā)熱較高的器件放置在印制板的角落和四周邊緣，除非在它的附近安排有散熱裝置。在設(shè)計(jì)功率電阻時(shí)盡可能選擇大一些的器件，且在調(diào)整印制板布局時(shí)使之有足夠的散熱空間。
h、元器件間距建議：
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3、當(dāng)初步結(jié)構(gòu)敲定后，就可以對(duì)整個(gè)“BOX“進(jìn)行系統(tǒng)性散熱仿真，因?yàn)槲覀冴P(guān)注的是芯片的結(jié)溫，所以對(duì)于器件仿真還是可以用雙熱阻處理，并且PCB導(dǎo)入后期的詳細(xì)布線信息。對(duì)于散熱凸臺(tái)和器件之間，需要考慮添加界面材料，根據(jù)縫隙的保留大小來(lái)設(shè)置界面材料的厚度，不要超過(guò)1mm。然后對(duì)于頂部主要起散熱作用的散熱齒，需要根據(jù)實(shí)際邊界來(lái)設(shè)計(jì)它的齒間距，齒厚、基板厚度和齒高參數(shù)，以求得最佳結(jié)構(gòu)方案。
4、產(chǎn)品與環(huán)境的熱交換除了對(duì)流換熱，輻射在自然對(duì)流中的占比也是比較多的，畢竟產(chǎn)品與環(huán)境可能存在著幾十?dāng)z氏度的溫差。對(duì)于散熱外殼的表面處理，盡量提高其表面的發(fā)射率，比如陽(yáng)極氧化或者噴漆等等，在結(jié)合成本控制的同時(shí)盡量來(lái)提高產(chǎn)品的散熱效果。
樣件制作完成后，也需要做多輪的熱測(cè)試驗(yàn)證，驗(yàn)證表面處理、界面材料、功耗、環(huán)溫對(duì)芯片結(jié)溫的實(shí)際影響，將仿真與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做對(duì)比，review參數(shù)設(shè)置，并多做總結(jié)，形成一個(gè)閉環(huán)的設(shè)計(jì)思路，不斷提高熱設(shè)計(jì)水平。
三、Icepak板級(jí)熱仿真實(shí)操
熱設(shè)計(jì)當(dāng)今常用的散熱軟件主要有Flotherm和Icepak，其中IcepaK可以求解異形的結(jié)構(gòu)，而且它基于ANSYS FLUENT的求解器，有較好的精度，對(duì)于電子散熱仿真是一款非常專業(yè)的軟件。在汽車電子散熱仿真來(lái)說(shuō)，由于車廠其他結(jié)構(gòu)和電磁的仿真多使用ANSYS的其他軟件，為了統(tǒng)一習(xí)慣，也為了處理異形的CAD結(jié)構(gòu)，icepak用于散熱仿真較為常見(jiàn)。但從易用性來(lái)說(shuō)，F(xiàn)lotherm有一定的優(yōu)勢(shì)，它需要更多繁瑣注意項(xiàng)，以及操作流程。
不光是汽車行業(yè)，這幾年芯片計(jì)算能力需求的飛速發(fā)展和對(duì)可靠性要求的日益提升，越來(lái)越需要高速PCB板以及大功率PCB板，這對(duì)前期的設(shè)計(jì)提出更高的要求，需要仿真加以驗(yàn)證，甚至是需要熱電耦合仿真或者結(jié)構(gòu)熱耦合仿真。
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PCB芯片散熱設(shè)計(jì)的最新內(nèi)容
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前言
工作中的電路板有許多發(fā)熱比較大的元器件，比如MOS管、LED、三極管，尤其在滿載的情況下更為嚴(yán)重，散熱通孔是眾所周知的一種通過(guò)電路板表面貼裝元件的散熱方法。
在結(jié)構(gòu)上，板上開(kāi)有一個(gè)通孔，如果該板是單層雙面板，則使銅箔連接電路板的頂面和底面，以增加用于散熱的面積和體積，降低熱阻。
在多層板的情況下，熱通孔可以連接多個(gè)層，
對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，從而使設(shè)備內(nèi)部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)出去，設(shè)備就會(huì)持續(xù)的升溫，器件就會(huì)因過(guò)熱而失效，電子設(shè)備的可靠性能就會(huì)下降。因此，對(duì)電路板進(jìn)行很好的散熱處理是非常重要的。
1 、加散熱銅箔和采用大面積電源地銅箔。
根據(jù)上圖可以看到：連接銅皮的面積越大，結(jié)溫越低
根據(jù)上圖，可以看出，覆銅面積越大
導(dǎo)讀
作為一個(gè)業(yè)余的數(shù)碼產(chǎn)品愛(ài)好者，前不久關(guān)注到小米發(fā)布了它自研的環(huán)形冷泵散熱系統(tǒng)，充滿著好奇看了下這個(gè)“面向未來(lái)的散熱技術(shù)”。它本質(zhì)上也是相變液冷技術(shù)，但克服了VC液冷的一些缺陷，這對(duì)搭載驍龍最新8系處理器的旗艦手機(jī)都是一個(gè)大福音，因?yàn)檫@個(gè)新技術(shù)提高了傳統(tǒng)VC的傳熱能力，這也就進(jìn)一步降低了了SoC到手機(jī)的導(dǎo)熱熱阻。
本文從小米公司未來(lái)散熱技術(shù)說(shuō)起
對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，從而使設(shè)備內(nèi)部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)出去，設(shè)備就會(huì)持續(xù)的升溫，器件就會(huì)因過(guò)熱而失效，電子設(shè)備的可靠性能就會(huì)下降。因此，對(duì)電路板進(jìn)行很好的散熱處理是非常重要的。
1 、加散熱銅箔和采用大面積電源地銅箔。
根據(jù)上圖可以看到：連接銅皮的面積越大，結(jié)溫越低
根據(jù)上圖
了解如何以適當(dāng)?shù)木群退俣葘?duì)散熱通孔建模，從而為極具競(jìng)爭(zhēng)性的印刷電路板熱設(shè)計(jì)流程助力
在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，進(jìn)行印刷電路板 (PCB) 熱管理以確保組件足夠冷卻，對(duì)于可靠性而言至關(guān)重要。對(duì)于緊湊設(shè)計(jì)的需求以及成本的縮減推動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)意階段產(chǎn)生準(zhǔn)確、提早的冷卻選項(xiàng)評(píng)估。
本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)介紹 PCB 中廣泛使用的通孔、金屬化孔如何幫助 PCB 熱管理改進(jìn)關(guān)鍵組件周圍的散熱。了解如何使用電子產(chǎn)品冷卻仿真軟件
汽車電子市場(chǎng)發(fā)展日新月異，每年市場(chǎng)容量漲幅高達(dá)40%以上。驅(qū)動(dòng)汽車市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)有兩大關(guān)鍵因素，即：自動(dòng)化和電動(dòng)化。近年來(lái)，隨著世界各國(guó)對(duì)于減碳的日趨重視
在電子器件及系統(tǒng)技術(shù)中PCB扮演的角色越來(lái)越重要，隨著系統(tǒng)體積縮小的趨勢(shì)，IC 制程及封裝技術(shù)不斷向更細(xì)更小的連接及體積發(fā)展，作為器件及系統(tǒng)連接角色的PCB也朝向連接細(xì)微化的高密度PCB發(fā)展。另一方面，隨著電子產(chǎn)品發(fā)熱密度的不斷提升，對(duì)于PCB層級(jí)散熱設(shè)計(jì)的需求也越來(lái)越受到重視。本文中將介紹PCB的發(fā)展趨勢(shì)、材質(zhì)及結(jié)構(gòu)之熱傳特性、器件布局的散熱影響以及內(nèi)藏式基板的發(fā)熱問(wèn)題等，供設(shè)計(jì)之參考。
介紹
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