用于极端PCB热管理的嵌入式铜结构

在PCB布局中实现热管理的几种方法已经开发出来，从简单的冷却风扇到精心设计的外壳和散热器设计。其目标是将设备温度降低到组件可能失效或用户可能接触到极端温度的水平以下。在许多pcb中，形状因素不是一个挑战，高温组件通常是针对风扇或散热器。

当没有空间放置风扇或散热器时，如何从高温部件中去除热量?热管理选项可能需要应用于组件或嵌入铜结构的板的内层。大多数设计人员都了解嵌入式铜的热通孔，但更激进的选择包括提供更高热导率的压合铜结构。

热管理选项的比较

下表显示了可在PCB布局和组件中实现的热管理选项的简要比较。其中一些选择需要直接在电路板上设计一些东西，而另一些则添加到最终的组件或外壳中。

简单的热管理	大型散热器 冷却风扇	低成本，易于安装 这些组件非常大
Stackup-level管理	重铜(>2盎司/平方英尺)英国《金融时报》)。 多功率平面层	易于合并到PCB
程序管理	外壳采用独特的材料	可能很贵 增加组装步骤
董事会层面的管理	热通阵列 嵌入式铜币	热通孔易于放置和制造 嵌入式铜可以压入板中
级	焊料列	更专业的应用程序

嵌入式铜结构

嵌入式铜结构是或大或小的铜块，可以通过堆叠传递热量。热通孔是嵌入式铜结构的经典类型，它将热量传递到内部平面或板对面的散热器(或两者都有)。

功率较低的设备有时会有一个产生系统中大部分热量的组件，使用单一的热管理技术来针对这个组件是很好的。对于SMD集成电路，这将很可能是一组热通孔，连接到表面层的热垫。然后可以直接焊接到组件包上的接地模连接垫上。

带有四个热通孔的组件足迹。

对于输出大得多的功率的组件，或者没有足够的空间用于模具连接垫的组件，则需要一些其他方法来消除热量。经典的方法是放置一个散热片和风扇，就像CPU或GPU那样。在智能手机等小型设备中，另一种策略是将处理器直接连接到外壳上热界面材料．

由于较大的组件，如cpu、fpga或gpu具有BGA/LGA包，因此它们不能与热通道阵列一起使用，因为它们可能没有模接板。然而，一个嵌入的铜柱，称为铜币，是一种可以用来从组件中去除热量的策略。铜币必须作为压合元件设计到板子中，它们将受到与在压合孔中看到的相同类型的公差的影响。

当安装在集成电路下面时，压合元件可以用作传热元件。

焊料列

最后一种可用于热管理的结构类型是焊锡柱。焊料柱是一个大跨度的焊料，附着在组件包的顶层。在组装过程中，这些列将与PCB中的SMD占地面积形成非常牢固的粘结。这些结构在军事航空系统中使用的组件包中更常见，这些系统经历极端水平的振动、热和压力机械冲击．

Microsemi的一个组件包示例如下图所示。在这幅图中，焊锡柱被内置到封装中，并将在组装过程中形成强烈的共晶。它们通常与载体一起使用，以提供高度可靠的组装平台，但在这些柱中使用的额外焊料提供了更大的散热远离封装。

带焊锡柱的封装示例。

不是全有或全无

在产生大量热量的电路板中，有效的热管理涉及多种策略。这可以包括压合/嵌入式铜，重铜，热界面材料，风扇或散热器的混合。在电子组件中使用的其他一些热策略包括:

• 外壳设计支持强制和对流气流
• 使用具有更高热导率的替代基板材料
• 散热器的热界面材料的放置

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