工业机械的热挑战

当你锻炼时，你会感到温暖。当一开始外面很热的时候，你拼命地跑，你就会变得很暖和。同样的事情也发生在为重物制造的机器上。高温会破坏润滑剂，使垫圈老化，缩短部件的使用寿命。机器人有望通过持续的正常运行时间来回报投资者。

这些机器中的任何一台出现故障都可能使整条装配线停止运转。在印刷电路板在这个层面上，我们设计师需要提供最强大的解决方案，以保持自动驾驶出租车或工厂车间的轮子转动。

“冷却需要很多策略，其中一个主要策略就是降低零部件的价格。”

我们能做的最有效的事情就是把这些组成部分展开。每一个都有一个热特征，在红外图像上产生热可见的暖色。较厚的板与较重的铜将有助于防止热沉。如果我们没有空间展开，或者我们的电路对厚导体来说太密了怎么办?随着电流密度的增加，温度随之上升。为了解决这个难题，我们必须了解热能的路径。

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从设备级开始

深入到设备级别，我们发现了两种基本方法。第一个叫做Wire Bond。模具的底部是固体金属，用导热环氧树脂附着在基板上。机械臂拿起模具，将其放入模具腔中，然后来回擦洗几次，以帮助固化环氧化合物。

另一种机器有一卷裸露的金属丝，铝或金，它通过一个特殊的头卷出来，在加热时将金属丝压到模具钝化涂层的开口上。这将键线连接到die有两种方式之一。

球键合融合的尖端电线和发射向上创建一个更高的循环电线键合笼，但允许更宽的发射角度。楔形键合压在模具上的电线的一边得到一个较低的轮廓笼，但有一个狭窄的起飞角度到模具。无论哪种方式，导线被卷出，信号通过连接到基板上的导线键合垫完成。这种方法为从模具(或骰子)到基板的散热提供了一条宽的传导路径，其方式与封装的热垫与中心垫的相互作用非常相似PCB足迹．这是一个直射到地面的平面。

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另一方面，倒装芯片更像是BGA模式的缩影。衬底作为一个中间人，增加了球间距，并有助于解释热膨胀系数(CTE)之间的模具和板不匹配。底填充有助于防止两个部分以其自然速率生长和收缩，使它们保持在一个愉快的中间，同时也增强了热传导路径。

更大的图景

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在任何一种情况下，管理整个系统都需要了解压力最大的地方。“硅”和引线框架之间的连接处是热点。上图列出了一些常见的热关系。这一切的要点是，随着环境变暖，剩余的空间也相应减少。一些调节器使用热节流，这样当温度接近安全操作的上限时，功率就会下降。

一些热量会通过空气中的辐射和对流从设备的顶部流出。通风的外壳，让热空气逃逸到房间将增加这条路径的有效性。房屋内的板或板的朝向会对自然气流有一定影响。暖空气上升，所以外壳顶部的电子设备能感受到下方电路散发的热量。上升的空气也通知位置的通风口在顶部和底部的外壳。

大师(小g)思维技巧:

在PCB层面，去除任何热痕迹或指定为热沉的区域上的焊锡屏蔽毯将允许暴露的金属辐射更多的热能。这是一个免费的性能升级，不像在通孔中使用热填充材料。此外，暴露的金属准备采取母线或其他被动热下沉。

主动冷却可以很简单，只要用风扇移动空气，或在设备顶部安装热管，并将其作为主要冷却路径。热电冷却器可以放置在板上作为另一个主动措施。它们就像微型冰箱一样工作。

在我组装的时候，我们有一个TO-3晶体管，它运行得太热，无法安装在电路板上。功率晶体管安装在一个散热器上，散热器又用一英寸长的隔板安装在机箱上。晶体管将被拧到散热器的中间，散热器将被设置在所有其他有特殊硬件的东西的一边。坚固的电线完成了电路。

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过度设计(以一种好的方式)

冷却需要很多策略，其中一个主要策略是降低组件的比例。如果要求一个5伏的额定电容，使用一个10伏的额定帽在它的地方意味着你有空闲的空间。这部分的工作不征税，将提供更长的使用寿命。同样，1 / 4瓦的电阻器可以全天处理8瓦的负载。性能更高的部件通常更大，但质量是使它们更坚固的部分原因。

在某种程度上，连接器就像设备的连接点，但可以放大到下一个数量级。主电源都集中在那个地方。将连接器定位在远离活动部件的位置，并将连接器周围的区域作为热源，这将有助于当机器被要求做艰苦的工作时。当进行强电源连接时，越多就是越多。

证明改进

比较零件的成本和预期降解温度。将最薄弱的环节升级到更接近平均的部分，可以提高整体的可靠性。完美的可靠性工程会导致在装配过程中每个零件都在同一天失效。那一天就是保修期结束后的那一天。

在现实世界中，我们有婴儿死亡率，当某些东西一开箱就失败了，当产品的各种组件已经提供了它们所能提供的一切时，生命结束(EOL)。因此，在EOL，失败率高于可以继续操作的理由。所有者希望随着时间的推移，他们的投资得到回报，而作为设计师的你，有时间提出一个全新的迭代。

每个人都准备好了新的改进版本。目标是源源不断的产品流向一个方向，资金流向另一个(你的)方向。这只有在可靠性存在的情况下才会发生。的印刷电路板设计为此有很多话要说，有很多事要做。保持冷静。

引用:

https://polymerinnovationblog.com/polymers-electronic-packaging-introduction-flip-chip-packaging/

http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-093.pdf