眾所周知，設(shè)計(jì)人員正在從印刷電路板中擠出更多性能。功率密度正在上升，隨之而來(lái)的高溫可能對(duì)導(dǎo)體和電介質(zhì)造成嚴(yán)重破壞。升高的溫度-無(wú)論是由于I2R損耗還是環(huán)境因素引起的-都會(huì)影響熱阻和電阻抗，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能不穩(wěn)定（即使不是完全故障）。導(dǎo)體和電介質(zhì)之間的熱膨脹率差異（衡量材料受熱時(shí)膨脹和冷卻時(shí)收縮的趨勢(shì)的量度）會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而導(dǎo)致開(kāi)裂和連接失敗，尤其是在電路板受到周期性加熱和冷卻的情況下。如果溫度足夠高，則電介質(zhì)可能會(huì)完全失去其結(jié)構(gòu)完整性，從而使第一個(gè)多米諾骨牌陷入困境。

發(fā)熱一直是影響PCB性能的一個(gè)因素，設(shè)計(jì)人員習(xí)慣于在其PCB中加入散熱片，但是當(dāng)今高功率密度設(shè)計(jì)的要求經(jīng)常使傳統(tǒng)的PCB熱量管理方法不堪重負(fù)。

減輕高溫的影響不僅對(duì)高溫PCB的性能和可靠性，而且對(duì)以下因素也具有深遠(yuǎn)的影響：

l 組件（或系統(tǒng)）重量

l 申請(qǐng)規(guī)模

l 成本

l 電源要求

甲高溫電路板通常被定義為一個(gè)與Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）高于170℃。

對(duì)于連續(xù)的熱負(fù)載，在低于Tg約25°C的工作溫度下，高溫PCB應(yīng)遵循簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)法則。

因此，如果您的產(chǎn)品在130°C或更高的溫度范圍內(nèi)，則建議使用高Tg的材料。

最常見(jiàn)的高Tg材料包括：

l -ISOLA IS410

l -ISOLA IS420

l -ISOLA G200

l -勝藝S1000-2

l -ITEQ IT-180A

l -雅隆85N

在本文中，我們將討論高溫PCB制造和PCB組裝中使用的一些設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，以幫助設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)高溫應(yīng)用。

與經(jīng)驗(yàn)豐富的PCB制造和裝配供應(yīng)商合作，并與工程師合作處理和修改多種布局，以準(zhǔn)備電子互連的制造和裝配，這對(duì)于復(fù)雜的項(xiàng)目至關(guān)重要。

PCB散熱技術(shù)與設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

熱量通過(guò)一種或多種機(jī)制（輻射，對(duì)流，傳導(dǎo)）消散，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在決定如何管理系統(tǒng)和組件溫度時(shí)必須牢記這三個(gè)因素。

輻射

輻射是電磁波形式的能量發(fā)射。我們傾向于認(rèn)為它僅是發(fā)光的事物，但事實(shí)是，溫度高于絕對(duì)零的任何物體都會(huì)輻射熱能。雖然通常輻射熱量對(duì)電路板性能的影響最小，但有時(shí)可能是稻草折斷了駱駝的后背。為了有效地去除熱量，電磁波應(yīng)遠(yuǎn)離源具有相對(duì)清晰的路徑。反射表面使光子的外流受挫，導(dǎo)致大量光子在其源上發(fā)生反射。如果不幸的情況是反射面共同形成了拋物線(xiàn)鏡效應(yīng)，它們會(huì)集中許多光源的輻射能量，并將其聚焦在系統(tǒng)的一個(gè)不幸部分上，從而造成真正的麻煩。

對(duì)流

對(duì)流是將熱量傳遞到空氣，水等流體中。對(duì)流是“自然”的：流體從熱源吸收熱量，密度降低，從熱源上升到散熱器，冷卻，變得更稠密，再回到熱源，然后重復(fù)該過(guò)程。（回想一下小學(xué)的“雨周期”）其他對(duì)流是由風(fēng)扇或水泵“強(qiáng)迫”的。影響對(duì)流的關(guān)鍵因素是源與冷卻劑之間的溫度差，源傳遞熱量的難易程度，冷卻劑吸收熱量的難易程度，冷卻劑的流量以及傳熱的表面積。液體比氣體更容易吸收熱量。

傳導(dǎo)性

傳導(dǎo)是通過(guò)熱源與散熱器之間的直接接觸進(jìn)行的熱傳遞。從許多方面講，它類(lèi)似于電流：源和宿之間的溫差類(lèi)似于電壓，單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量類(lèi)似于安培數(shù)，熱量流經(jīng)熱導(dǎo)體的難易程度類(lèi)似于電流。電導(dǎo)。實(shí)際上，構(gòu)成良好電導(dǎo)體的因素也往往也構(gòu)成良好的熱導(dǎo)體，因?yàn)樗鼈兌即矸肿踊蛟舆\(yùn)動(dòng)的形式。例如，銅和鋁是熱和電的極好導(dǎo)體。較大的導(dǎo)體橫截面可提高熱量和電子的傳導(dǎo)性。就像電路一樣，長(zhǎng)而曲折的流動(dòng)路徑會(huì)嚴(yán)重降低導(dǎo)體的效率。

通常，從電路板上去除熱量的主要機(jī)制是將熱量傳導(dǎo)到合適的散熱器，對(duì)流將熱量傳導(dǎo)到環(huán)境中。熱量會(huì)直接從源中散發(fā)出一些熱量，但通常是通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的通道（稱(chēng)為“散熱孔”或“散熱孔”）將大部分熱量帶走。PCB散熱器相對(duì)較大，發(fā)射率高的表面（通常是波紋狀或帶鰭狀，以進(jìn)一步增加表面積），與導(dǎo)電（例如銅或鋁）背襯粘合，這是一項(xiàng)勞動(dòng)強(qiáng)度大的過(guò)程。PCB散熱器也可以連接到設(shè)備的機(jī)箱，以利用其表面積。通常，風(fēng)扇用于提供冷卻空氣流，在極端情況下，冷卻空氣本身可在氣液熱交換器中冷卻。

歸根結(jié)底，設(shè)計(jì)人員可用的熱量管理選項(xiàng)包括降低功率密度，將設(shè)備與熱源分離或隔離，提供更強(qiáng)大的冷卻機(jī)制（例如，更大的風(fēng)扇，液體冷卻系統(tǒng)等），增加尺寸。散熱片的可及性，使用更大的導(dǎo)體或使用能夠承受更高溫度的特殊材料。所有這些都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的成本，大小和重量產(chǎn)生影響，因此必須在最早的概念開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)階段就予以考慮。

新的熱管理技術(shù)

PCB制造商充分意識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)制造方法的局限性，并通過(guò)提供專(zhuān)門(mén)針對(duì)高溫設(shè)計(jì)的新型PCB來(lái)努力應(yīng)對(duì)當(dāng)今的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。這些PCB均采用沉重的銅電路來(lái)提高其載流能力，同時(shí)降低I 2 R損耗，但是它們的實(shí)現(xiàn)方式可能會(huì)有很大差異。

正如描述所暗示的那樣，我們?cè)絹?lái)越多地看到“重銅”和“極銅”板比標(biāo)準(zhǔn)PCB使用更厚，更重的銅層。如果到處都不需要重（或極端）銅，則可以將重銅電路和標(biāo)準(zhǔn)銅電路組合在一起，以允許在單個(gè)板上承載電源電流和信號(hào)電流。

除了特殊的蝕刻和電鍍技術(shù)外，重/極銅PCB的制造工藝與標(biāo)準(zhǔn)PCB相似。優(yōu)點(diǎn)是更大的載流能力，更低的I 2 R損耗，更高的機(jī)械強(qiáng)度，具有合并高效車(chē)載散熱片和車(chē)載平面變壓器等功能的能力以及減小的產(chǎn)品尺寸（由于該能力）將重型和標(biāo)準(zhǔn)電路組合在一塊板上）。相對(duì)成本較低，因?yàn)榘遢d散熱器不需要繁瑣的手工制造標(biāo)準(zhǔn)粘合散熱器。

另一種方法是嵌入沉重的矩形銅線(xiàn)，以代替沉重/極端的銅鍍層。與標(biāo)準(zhǔn)PCB相比，優(yōu)勢(shì)與重/極銅PCB相似：能夠合并功率電流和信號(hào)電流，減少熱量產(chǎn)生和改善散熱，提高強(qiáng)度，消除連接器，減少層數(shù)，減小整體系統(tǒng)體積。一些人聲稱(chēng)，與厚銅板相比，嵌入式板更容易焊接，但應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行評(píng)估。

應(yīng)當(dāng)考慮的另一種熱管理技術(shù)是可與標(biāo)準(zhǔn)PCB設(shè)計(jì)套件（例如Mentor Graphics的FloThermPCB?）集成的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件。隨著性能邊界的推力越來(lái)越大，舊的經(jīng)驗(yàn)法則和餐巾紙熱量計(jì)算變得越來(lái)越不可靠。出色的CFD軟件包（特別是專(zhuān)門(mén)為PCB或電子冷卻應(yīng)用設(shè)計(jì)的CFD軟件包）可以勝任，可以消除大量的猜測(cè)，提高設(shè)計(jì)效率，避免潛在的高成本錯(cuò)誤并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

考慮到所有先前的權(quán)衡，至關(guān)重要的是，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)必須由代表關(guān)鍵利益相關(guān)者的團(tuán)隊(duì)來(lái)制定：客戶(hù)，銷(xiāo)售和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)，當(dāng)然還有客戶(hù)服務(wù)，采購(gòu)，制造和銷(xiāo)售方面知識(shí)淵博的成員工程部門(mén)。供應(yīng)商，例如PCB制造商，必須具有制造設(shè)計(jì)和技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)，是團(tuán)隊(duì)不可或缺的成員。制造，組裝，測(cè)試和服務(wù)注意事項(xiàng)必須內(nèi)置而不是增加。

質(zhì)量功能部署或TRIZ等技術(shù)可用于對(duì)競(jìng)爭(zhēng)設(shè)計(jì)要求，材料和生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行排名和協(xié)調(diào)。可以通過(guò)參數(shù)方式對(duì)首過(guò)成本效益進(jìn)行分析，然后在實(shí)際成本可用時(shí)對(duì)其進(jìn)行完善。為了最大程度地減少推出問(wèn)題，可以使用諸如Mentor Graphics的“ Valor MSS PCB”解決方案套件之類(lèi)的軟件來(lái)設(shè)計(jì)，模擬和完善制造和測(cè)試過(guò)程。目標(biāo)是頻繁的設(shè)計(jì)迭代-眾所周知的創(chuàng)意失敗-快速收斂到最終解決方案。

盡管產(chǎn)品要求越來(lái)越嚴(yán)格，但我們擁有應(yīng)對(duì)這些要求的工具，技術(shù)和方法。在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的市場(chǎng)中要生存，就需要我們采取相應(yīng)的適應(yīng)措施。