设计PCB的热可靠性
关键的外卖
热可靠性包括PCB的多个方面，包括基板材料、材料接口和组件。
确保热可靠性需要使电路板温度尽可能低，这与材料选择、组件布局以及安装孔和槽等其他特征的放置有关。
您需要确保组件在用于下一个电路板之前已通过压力测试。
随着时间的推移，由于极端温度之间的重复热循环，这些电容器故障会发生。
当你的组件变热时，电路板的其他部分也会变热。热量从板上较热的地方移走，并提高较冷的地方的温度，热量从板上较热的地方移走的速度取决于许多因素。当您正在规划新的PCB布局时，如何确保温度不会突破所需的限制?这一切都是为了在PCB中创造一个均匀的热分布，并设计您的电路板以承受热应力。
这些想法是热可靠性的核心，其目标是确保您的电路板在重复暴露于热(热循环)的情况下寿命最大化。热可靠性也是热冲击生存的关键组成部分，无论是在电路板层面还是组件层面。了解热学和热力学行为的这些方面可以帮助您延长电路板的使用寿命，并做出更明智的设计决策，以减少温升和梯度。
什么影响热可靠性?
必须从三个角度考虑热可靠性:
热冲击可靠性．几乎瞬间暴露在高温下会导致电路板迅速升温，这可能会在焊点、通孔、材料界面和其他元素上施加压力。
热循环可靠性。电路板可能不会加热到极高的温度，但它会在两个极端值之间反复循环。随着时间的推移，导体可能会疲劳(例如，通过微裂纹、腐蚀或点蚀)，弹性材料可能会变脆。
组件失败．由于热辅助失效机制，例如集成电路中的电迁移，组件可能会失效。故障机制是特定于组件的，需要在每个产品的基础上进行检查。
在PCB行业工作的材料科学家花费了大量的时间来确定不同结构的失效机制，无论是由于热冲击还是热循环。一旦考虑到外部环境的影响，如湿度、灰尘或其他空气污染物，其他故障机制就会变得突出。组件是一个通配符;你必须依靠制造商彻底测试组件，只发送可靠的产品。
一旦板被制造出来，它可能需要经受热冲击试验确保符合相关标准。基本的IPC和MIL-STD测试标准用于评估热冲击和机械冲击，以确保可靠性。如果您想确保热可靠性，您需要设计解决方案，以解决PCB中的一般和特定可靠性问题。这反过来又需要考虑板将部署的环境和环境的热行为。
什么影响热可靠性?
考虑到这一点，以下是您可以采取的一些步骤，以确保热可靠性以及这些设计选择有助于解决的问题。毫无疑问，在实际系统中遇到的许多热可靠性问题都可以通过一些基本的设计和布局选择来解决，如下所示。
使用布局来控制热流
电路板布局的许多方面都会影响热组件的散热方式。这些特征包括平面层的排列、安装孔和槽的排列、组件的放置和衬底材料，这些都影响PCB中从热区域到冷区域的热流。
这种未镀的安装孔作为一个屏障，热传导远离其他组件。
洞和槽可以像热障一样阻挡热量。因此，板的安装孔或其他空隙应围绕边缘布置，最好用螺钉连接到大机箱上。热组件不应该集中在一个区域。这有助于分散热负荷，并创造一个更均匀的温度分布。
不要堆太多的盲通道
重复热循环已知会导致微孔底部和颈部骨折。盲/埋界面或埋/埋界面的裂缝是一个更容易解决的问题。简单地堆叠不超过2或3个这样的微孔，并错开其余的(在HDI社区中称为“错开微孔”，见下文)。在任何情况下，通孔的纵横比都不应该太大，因为较大的通孔在通孔颈中心附近有较薄的镀层。
交错堆叠的盲/埋微孔。一般情况下，应尽量堆叠不超过2层的微孔，以防止结构底部断裂。内层可以通过标准的地下通道连接。
使用正确的衬底和焊接材料
PCB基板材料的脆化是一个长期的热可靠性问题，在持续暴露于高温时发生。随着时间的推移，放气和树脂降解会导致板变脆，很容易断裂。保形涂料可以帮助在较低的温度下排气，但最好的选择是使用在高温下运行的替代基板材料。陶瓷是这些应用的理想选择，尽管它们有自己的制造困难。
由于热循环，焊料材料也可能存在长期可靠性问题。当加热到高温时，应力会集中在焊料球的末端，导致疲劳和失效。合金中不同元素的扩散也会导致焊料某些区域的损耗，导致机械强度降低并最终疲劳失效。
其他一些需要考虑的重要基板材料参数有:
基材CTE值:FR4衬底的z轴CTE值远大于铜衬底;考虑一种CTE值接近铜的替代材料。
高tg衬底材料:CTE值可在较宽的温度范围内保持较低当Tg值较大时．
导热系数高:使用热导率高的PCB基板(例如，金属芯)将有助于热量迅速从组件和其他来源转移，从而提供较低的平衡温度。
记住这些参数将有助于确保您的电路设计将大大提高热可靠性。在您的电子设计中始终使用安全的热设计实践。
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