电路板热管理用热通孔:技术和提示

2019年8月6日,

在公园里释放蒸汽的富马ole

一个经常被重复的短语是“let off some steam”。例如，当在管理中实践变更时，我们鼓励项目团队“释放压力”作为管理—而不是消除—阻力的一部分。毕竟，抵抗不是徒劳的。但是，“发泄”这个成语是从哪里来的呢?稍加调查就可以发现，“blow off steam”一词可以追溯到1857年，当时人们需要从蒸汽机的锅炉中释放蒸汽。排出蒸汽使锅炉免于过热和在压力下爆炸。

在电子和PCB设计中，需要另一种类型的管理可以使设计团队通宵工作。良好的PCB设计热管理可以防止电路板发热，防止设计团队在压力下爆炸。

热管理的必要性

研究表明，超过50%的电子系统故障是由失控的热量引起的。让这个统计数据沉住脚一会儿，然后进行一些逻辑思考。如果我们能实施良好的热管理，我们就能大幅减少电子系统故障的数量。嗯……似乎值得花些时间和精力!

热阻是两个封闭表面之间的温度差除以两个表面之间的总热流。热阻的大小通常取决于PCB的设计因素。在使用表面安装组件对降低热阻有积极的影响，PCB上铜箔的面积和厚度以及PCB使用的厚度和材料有更大的影响。很简单，更宽更厚的材料会散发更多的热量。然而，由于材料的标准使用和产品规格的限制也存在。

您和您的设计团队应该考虑如何在设计阶段和开发PCB时实现良好的热管理实践。如果在PCB设计过程中等待较晚的时间，热管理将变得更加困难和昂贵。首先，对试图模拟1857年锅炉的功率半导体、电机和其他组件的数量进行快速盘点。

其次，使用组件库和制造商数据表中提供的信息来确定主要部件的热特性．例如，氮化镓(GaN)电源器件的设计特点是在封装的底部有一个热垫，直接附着在模具基板上。在模具中产生的最大数量的热量移动到热垫，然后转移到PCB。

然后，考虑从你的板转移热量的不同方法。对流似乎是一种很“酷”的技术，因为它通过气体和液体传递热量，并使用某种介质。不幸的是，将气体和液体应用到运行中的PCB上似乎并不有效。辐射可以提供另一种冷却电路板的方法，但这种方法真的不太管用许多印刷电路板的应用程序．你可以选择使用铝散热器热组件，但限制也存在于整个PCB。

热成像下的电路板

电路板的热分析

然而，对于大多数应用来说，通过铜表面的水平热传导、通过一系列热通孔的垂直热传导和战略性放置的散热器的组合提供了最佳选择。回到GaN电源器件的例子，PCB中的铜平面作为热传导器并建立水平热传导。热通孔建立了从顶部铜到PCB底部的低热阻路径。在这一点上，设计使用了附在底部铜平面上的散热器，将热量散发到周围的空气中。