【導(dǎo)讀】什么是 PCB 有效導(dǎo)熱系數(shù)?“有效導(dǎo)熱系數(shù)”代表材料的傳導(dǎo)熱能力。當我們談及 PCB 的有效導(dǎo)熱系數(shù)時,我們談?wù)摰氖?PCB 將器件產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到周圍區(qū)域的能力。有效導(dǎo)熱系數(shù)用 Keff 表示,單位是 W/m-K。
本文要點:
PCB 有效導(dǎo)熱系數(shù)的定義。
影響 PCB 有效導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)鍵因素。
了解熱模型中有效導(dǎo)熱系數(shù)的準確度。
1. 什么是 PCB 有效導(dǎo)熱系數(shù)?“有效導(dǎo)熱系數(shù)”代表材料的傳導(dǎo)熱能力。當我們談及 PCB 的有效導(dǎo)熱系數(shù)時,我們談?wù)摰氖?PCB 將器件產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到周圍區(qū)域的能力。有效導(dǎo)熱系數(shù)用 Keff 表示,單位是 W/m-K。
在 PCB 設(shè)計中,有效導(dǎo)熱系數(shù)是熱建模和分析中使用的一個重要參數(shù),有助于工程師根據(jù)特定的假設(shè)和模型,預(yù)測一塊擺滿器件的 PCB 的導(dǎo)熱效果。隨著電子模塊的尺寸不斷縮小,設(shè)計人員應(yīng)該關(guān)注有效導(dǎo)熱系數(shù)。
PCB 有效導(dǎo)熱系數(shù)反映了 PCB 的傳熱能力。
2. 影響 PCB 有效導(dǎo)熱系數(shù)的因素
一塊 PCB 包含導(dǎo)電材料、絕緣體和安裝的器件。PCB 中使用的每種材料都有不同的熱導(dǎo)率。在推導(dǎo) PCB 的有效導(dǎo)熱系數(shù)時,要考慮到不同的熱導(dǎo)率。
業(yè)界已經(jīng)進行了各種研究來分析 PCB 的導(dǎo)熱系數(shù)。不同的研究使用了不同類型的模型和假設(shè)。對于設(shè)計人員來說,PCB 的有效導(dǎo)熱系數(shù)取決于以下幾項因素。
器件尺寸
隨著器件變得越來越小,自然散熱的能力也不斷下降。例如,與采用 TO-220 封裝的 MOSFET 相比,采用 SOT-23 封裝的 MOSFET 的導(dǎo)熱墊片面積會更小。因此,安裝在 PCB 上的器件的尺寸將影響其散熱能力。
熱過孔
熱過孔是一些有意放置的孔,用于將熱量從器件上散發(fā)出去。這類似于讓熱蒸汽有更多機會從粥里散發(fā)出去,而不是把它困在容器里。因此,一個區(qū)域內(nèi)的熱過孔越多,PCB 的有效導(dǎo)熱系數(shù)就越高。
散熱過孔密度會影響 PCB 的有效導(dǎo)熱系數(shù)
散熱過孔密度會影響 PCB 的有效導(dǎo)熱系數(shù)。
內(nèi)部層
內(nèi)部銅層的存在也會改變散熱的速度和方向。銅的導(dǎo)熱系數(shù)為 355 W/m-K,而 FR-4 為 0.25 m-K。如果有多個銅內(nèi)層,PCB 的有效導(dǎo)熱系數(shù)就會下降。當然,熱過孔有助于更有效地將熱量傳遞到內(nèi)層。
走線的幾何形狀
如果銅走線從頭到尾是連貫的,那么 PCB 的有效導(dǎo)熱系數(shù)就會很高。但是,如果走線中斷,有效導(dǎo)熱系數(shù)可能會下降,而這種情況在實際的 PCB 中時有發(fā)生。
3. 有效導(dǎo)熱系數(shù)是否有利于進行準確的 PCB 熱建模?
有效導(dǎo)熱系數(shù)易于計算,因此是分析時的首選。該參數(shù)通常是基于同構(gòu)的 PCB 模型。然而,PCB 很少是同構(gòu)的,尤其是多層 PCB。每層的器件排列、走線、銅面、過孔和焊盤都可能不一樣。
因此,從傳統(tǒng)模型中推導(dǎo)有效導(dǎo)熱系數(shù)會有一定的誤差。為了更準確地估計有效導(dǎo)熱系數(shù),需要對 PCB 的每一層進行深入分析。然后對表面進行像素化分析,以便更好地進行預(yù)測。
PCB 有效導(dǎo)熱系數(shù)的準確度取決于建模,而無論采用何種技術(shù),建模的準確度都取決于使用的軟件工具。
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(來源: Cadence楷登PCB及封裝資源中心微信公眾號)
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