很多人誤以為 “散熱是元件的事，和 PCB 布局無關(guān)”，實(shí)則不然 ——PCB 不僅是電路的 “骨架”，更是熱量傳導(dǎo)的重要通道，不合理的布局會(huì)導(dǎo)致熱量堆積，讓 PCB 局部溫度飆升，進(jìn)而引發(fā)元件失效、性能下降等問題。比如某電路中，將 3 個(gè) 1W 功率管集中放在 PCB 中心，結(jié)果局部溫度超 90℃，功率管壽命從 5 年縮短至 1 年；又比如將溫度傳感器放在發(fā)熱元件旁邊，測(cè)溫誤差從 ±0.5% 擴(kuò)大至 ±3%。今天就從科普角度，聊聊 PCB 布局中如何通過 “合理規(guī)劃” 實(shí)現(xiàn)高效散熱，避免高溫隱患。

 

首先要明確：PCB 散熱的核心是 “讓熱量快速從發(fā)熱元件傳遞到外部環(huán)境”，而布局的作用就是 “優(yōu)化熱量傳遞路徑”，減少熱阻。熱阻是熱量傳遞的 “阻力”，熱阻越小，散熱越快 —— 比如發(fā)熱元件到 PCB 邊緣的熱阻若為 10℃/W，1W 功耗會(huì)導(dǎo)致元件與邊緣溫差 10℃；若熱阻降至 5℃/W，溫差會(huì)縮小到 5℃。PCB 布局通過 “元件位置規(guī)劃、銅箔設(shè)計(jì)、散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化”，可大幅降低熱阻，提升散熱效率。

 

 

第一步是 “發(fā)熱元件的位置布局”：讓熱量 “就近散出”。發(fā)熱元件（通常指功耗≥0.5W 的元件，如 DC-DC 模塊、MOS 管、三極管）是熱量的主要來源，布局時(shí)需優(yōu)先考慮 “靠近散熱出口”——PCB 的邊緣、散熱孔、金屬外殼接觸區(qū)域都是散熱出口，將發(fā)熱元件布置在這些位置，熱量可通過空氣對(duì)流或傳導(dǎo)快速散出，比放在 PCB 中心的散熱效率提升 40% 以上。比如將 1W 的 DC-DC 模塊放在 PCB 邊緣，模塊溫度可從 85℃降至 70℃；若放在中心，溫度會(huì)超 90℃。同時(shí)，多個(gè)發(fā)熱元件需 “均勻分布”，避免局部熱聚集 —— 比如 4 個(gè) 0.8W 的功率管，若集中放在 2cm×2cm 的區(qū)域，局部溫度會(huì)超 100℃；若均勻分布在 PCB 四周，溫度可控制在 80℃以內(nèi)，元件間距建議≥3mm，確保熱量不相互疊加。

還要注意 “熱敏元件與發(fā)熱元件的距離”：熱敏元件（如溫度傳感器、晶振、模擬芯片）對(duì)溫度敏感，高溫會(huì)導(dǎo)致性能漂移，布局時(shí)需與發(fā)熱元件保持足夠間距，通常建議≥10mm，且避免在發(fā)熱元件的 “散熱路徑” 上 —— 比如發(fā)熱元件的熱量會(huì)向上、向四周擴(kuò)散，熱敏元件不要放在發(fā)熱元件的正上方或下風(fēng)處，可放在發(fā)熱元件的側(cè)面或遠(yuǎn)離方向，減少溫度影響。比如將溫度傳感器與 1W 功率管間距設(shè)為 15mm，測(cè)溫誤差可從 ±3% 降至 ±0.8%。

 

 

第二步是 “散熱銅箔的設(shè)計(jì)”：用銅箔 “擴(kuò)大散熱面積”。銅箔是 PCB 上的 “散熱導(dǎo)體”，銅箔面積越大、厚度越厚，散熱能力越強(qiáng) ——1oz 銅箔（厚度約 35μm）的導(dǎo)熱系數(shù)約 385W/m?K，是 FR-4 基材（0.3W/m?K）的 1200 多倍，因此在發(fā)熱元件周圍布置大面積銅箔，可大幅提升散熱效率。具體做法有三種：一是 “元件下方銅箔擴(kuò)展”，在發(fā)熱元件的 footprint 下方，將銅箔擴(kuò)展至 2-3 倍面積，比如 0603 封裝的功率電阻，下方銅箔面積從 0.6mm×0.3mm 擴(kuò)展至 1.2mm×0.6mm，散熱效率提升 50%；二是 “散熱銅箔網(wǎng)格”，在 PCB 空白區(qū)域設(shè)計(jì)銅箔網(wǎng)格（線寬 0.2mm，間距 0.5mm），既不影響其他線路，又能增加散熱面積，尤其適合高頻電路（避免大面積銅箔產(chǎn)生寄生電容）；三是 “加厚銅箔”，對(duì)高功耗元件（≥2W），可采用 2oz 或 3oz 銅箔（厚度 70μm、105μm），銅箔厚度翻倍，散熱能力也會(huì)翻倍，比如 2oz 銅箔比 1oz 銅箔的熱阻降低 30%。

 

 

第三步是 “散熱過孔與結(jié)構(gòu)優(yōu)化”：打通 “上下層散熱通道”。單面板或雙面板的散熱能力有限，若 PCB 為多層板，可通過 “散熱過孔” 將熱量傳導(dǎo)至其他層，形成 “立體散熱”—— 在發(fā)熱元件下方的銅箔上，均勻布置散熱過孔（孔徑 0.3-0.5mm，間距 1-2mm），過孔內(nèi)壁鍍銅，將頂層的熱量傳導(dǎo)至底層或內(nèi)層的銅箔，散熱效率可提升 60% 以上。比如在 2W 的 MOS 管下方布置 6 個(gè)散熱過孔（孔徑 0.4mm），管芯溫度可從 100℃降至 80℃。需注意，散熱過孔要 “全銅填充” 或 “熱風(fēng)整平”，避免過孔內(nèi)有空氣間隙（空氣熱阻大），影響散熱；過孔周圍的銅箔要與過孔充分連接，確保熱量順利傳導(dǎo)。

 

 

此外，還可通過 “布局配合散熱結(jié)構(gòu)” 提升效率：若 PCB 需與金屬外殼或散熱片配合，布局時(shí)要在 PCB 上預(yù)留 “散熱接觸區(qū)域”—— 比如在金屬外殼接觸的 PCB 區(qū)域，布置大面積銅箔，并預(yù)留螺絲孔，方便通過導(dǎo)熱膠將 PCB 與外殼貼合，熱量可通過外殼快速散出；若使用散熱片，需將發(fā)熱元件布置在散熱片覆蓋范圍內(nèi)，元件與散熱片間距≤0.5mm，中間涂抹導(dǎo)熱硅脂（導(dǎo)熱系數(shù)≥1W/m?K），減少接觸熱阻。

 

 

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