一、引言

二、PCB 熱管理的原理與技術(shù)要求

2.1 熱管理的核心原理與標(biāo)準(zhǔn)

2.2 高功率芯片的散熱痛點(diǎn)

1. 發(fā)熱密度大：高端 GPU 功耗可達(dá) 300W，發(fā)熱密度超 100W/cm²，傳統(tǒng) FR-4 PCB 無法快速導(dǎo)出熱量；
2. 熱聚集效應(yīng)：芯片集中區(qū)域熱量易堆積，形成 “熱點(diǎn)”，導(dǎo)致局部溫度過高；
3. 散熱與結(jié)構(gòu)矛盾：增加散熱結(jié)構(gòu)（如散熱片、熱管）會導(dǎo)致設(shè)備體積增大，與電子產(chǎn)品微型化趨勢沖突；
4. 可靠性風(fēng)險：高溫會加速 PCB 材料老化、焊點(diǎn)失效，降低產(chǎn)品使用壽命。

2.3 捷配熱管理 PCB 的核心技術(shù)支撐

三、集成電路 PCB 熱管理全流程優(yōu)化

3.1 材料選型：高導(dǎo)熱材料適配

1. 常規(guī)高功率場景：
   • 選型建議：選用鋁基板（捷配常規(guī)款），基材采用 FR-4 + 鋁芯（厚度 1.0-3.0mm），熱導(dǎo)率 1-4W/(m?K)，適用于功耗 10-50W 的芯片（如工業(yè)控制 MCU）；
   • 優(yōu)勢：成本適中，兼顧散熱與電氣性能，可直接替代傳統(tǒng) FR-4 PCB；
2. 中高功率場景：
   • 選型建議：選用銅基熱電分離 PCB（捷配特色工藝），銅芯厚度 0.5-2.0mm，熱導(dǎo)率 50-200W/(m?K)，適用于功耗 50-150W 的芯片（如 FPGA、射頻功率放大器）；
   • 技術(shù)特點(diǎn)：芯片熱量直接通過銅芯導(dǎo)出，避免熱阻疊加，散熱效率是鋁基板的 10-50 倍；
3. 超高功率場景：
   • 選型建議：選用埋銅塊 PCB，在芯片下方埋入銅塊（尺寸與芯片封裝匹配，厚度 1.0-3.0mm），熱導(dǎo)率 385W/(m?K)，適用于功耗 150W 以上的芯片（如 GPU、大功率 IGBT）；
   • 捷配支持：提供定制化銅塊尺寸與埋置方案，確保熱量快速傳導(dǎo)至 PCB 邊緣或散熱結(jié)構(gòu)。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計：散熱路徑優(yōu)化

1. 銅皮散熱設(shè)計：
   • 操作要點(diǎn)：芯片下方設(shè)計全銅皮散熱區(qū)，銅皮面積≥芯片封裝面積的 2 倍，銅厚≥2oz（70μm）；散熱區(qū)與 PCB 邊緣銅皮相連，形成散熱通道；
   • 工藝優(yōu)化：銅皮采用 “整板銅皮 + 網(wǎng)格銅皮” 組合，芯片區(qū)域整板銅皮增強(qiáng)散熱，其他區(qū)域網(wǎng)格銅皮兼顧電氣性能與重量；
2. 散熱過孔設(shè)計：
   • 操作要點(diǎn)：在芯片散熱區(qū)均勻布置散熱過孔（孔徑 0.3-0.5mm），過孔間距 5-8mm，過孔貫穿 PCB 所有層，將熱量傳導(dǎo)至背面散熱銅皮；
   • 工藝要求：過孔采用 “金屬化 + 塞孔” 工藝，孔壁銅厚≥20μm，確保熱傳導(dǎo)效率；
3. 多層 PCB 散熱優(yōu)化：
   • 操作要點(diǎn)：多層 PCB 中間層設(shè)計電源層與接地層，采用厚銅（2-3oz）設(shè)計，增強(qiáng)橫向熱傳導(dǎo)；電源層與接地層緊密耦合，減少熱阻；
   • 疊層設(shè)計：頂層（芯片層）- 電源層 - 接地層 - 底層（散熱層），底層設(shè)計全銅皮，便于安裝散熱片或熱管。

3.3 工藝優(yōu)化：散熱性能強(qiáng)化

1. 表面處理工藝：
   • 操作要點(diǎn)：散熱區(qū)域采用裸銅或沉銀工藝，裸銅熱導(dǎo)率高（385W/(m?K)），沉銀工藝（熱導(dǎo)率 429W/(m?K)）兼顧散熱與抗氧化；
   • 避免誤區(qū)：散熱區(qū)域不建議采用阻焊覆蓋，阻焊油墨熱導(dǎo)率僅 0.1W/(m?K)，會大幅增加熱阻；
2. 埋銅塊工藝（超高功率場景）：
   • 操作要點(diǎn)：在芯片對應(yīng) PCB 區(qū)域埋入實心銅塊，銅塊頂部與芯片接觸面平整度≤0.01mm，底部與 PCB 背面散熱銅皮相連；
   • 工藝保障：捷配采用 “精密加工 + 高溫壓合” 工藝，銅塊與 PCB 結(jié)合緊密，熱阻≤0.5℃/W；
3. 協(xié)同散熱設(shè)計：
   • 操作要點(diǎn)：PCB 設(shè)計時預(yù)留散熱片或熱管安裝孔（直徑 2.0-3.0mm），安裝孔與芯片中心距離≤10mm，確保散熱結(jié)構(gòu)與芯片精準(zhǔn)對接；
   • 捷配增值服務(wù)：提供散熱結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計建議，協(xié)助選型適配的散熱片與熱管，提升整體散熱效率。

3.4 仿真與測試：散熱效果驗證

1. 熱仿真：
   • 操作要點(diǎn)：使用 ANSYS Icepak 或 Flotherm 進(jìn)行熱仿真，模擬芯片工作時的溫度分布，識別熱點(diǎn)區(qū)域，優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)；
   • 仿真參數(shù)：輸入芯片功耗、PCB 材料熱導(dǎo)率、環(huán)境溫度（25℃）、散熱結(jié)構(gòu)參數(shù)，仿真結(jié)果需滿足芯片溫度≤100℃；
2. 實測驗證：
   • 操作要點(diǎn)：通過紅外熱像儀測試 PCB 表面溫度，通過熱阻測試儀測量芯片與 PCB 接觸面熱阻；
   • 捷配支持：提供散熱性能測試服務(wù)，出具詳細(xì)的溫度分布報告與熱阻測試數(shù)據(jù)，確保符合設(shè)計要求。