在 PCB 行業(yè)，很多工程師都會遇到這樣的困惑：明明按照標(biāo)準(zhǔn)流程設(shè)計(jì)生產(chǎn)的 PCB，卻在實(shí)際使用中出現(xiàn)嚴(yán)重過熱問題。其實(shí)，PCB 熱管理問題的產(chǎn)生，是設(shè)計(jì)、材料、工藝、應(yīng)用等多環(huán)節(jié)因素疊加的結(jié)果。今天，作為 PCB 技術(shù)專家，就帶大家全面拆解 PCB 熱管理問題的五大核心誘因，幫大家從源頭規(guī)避風(fēng)險。

 

 

 

PCB 基材是熱量傳導(dǎo)的主要載體，其導(dǎo)熱系數(shù)直接決定散熱效率。傳統(tǒng)的 FR-4 基材導(dǎo)熱系數(shù)僅為 0.3~0.5W/(m?K)，屬于低熱導(dǎo)材料，無法滿足高功率設(shè)備的散熱需求。很多廠商為降低成本，在高功率 PCB 中仍選用普通 FR-4 基材，導(dǎo)致熱量在核心發(fā)熱區(qū)堆積，形成局部熱點(diǎn)。此外，基材的耐熱性不足（如低 Tg 值），會在高溫下出現(xiàn)分解、碳化，進(jìn)一步阻礙熱量傳導(dǎo)。捷配針對高功率 PCB，提供高導(dǎo)熱基材選型方案，如金屬基 PCB（鋁基、銅基）導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá) 100~400W/(m?K)，陶瓷基 PCB 導(dǎo)熱系數(shù)更高達(dá) 100~300W/(m?K)。

 

PCB 的疊層結(jié)構(gòu)決定了熱量的傳導(dǎo)路徑，不合理的疊層設(shè)計(jì)會直接堵塞散熱通道。常見的問題包括：一是未設(shè)置專門的散熱銅層，僅依靠信號層的銅箔傳導(dǎo)熱量，散熱面積不足；二是芯層厚度過大，導(dǎo)致熱量從表層發(fā)熱器件傳導(dǎo)至底層散熱層的路徑變長，熱阻增加；三是不同層之間的導(dǎo)熱過孔數(shù)量不足、孔徑過小，無法實(shí)現(xiàn)高效的垂直散熱。例如，在電源 PCB 設(shè)計(jì)中，若未在電源層和地層之間設(shè)置足夠的導(dǎo)熱過孔，會導(dǎo)致電源芯片產(chǎn)生的熱量無法快速擴(kuò)散。

 

銅箔是 PCB 中主要的導(dǎo)熱介質(zhì)，其布局和厚度對散熱效果影響顯著。一方面，銅箔厚度越厚，導(dǎo)熱能力越強(qiáng)，常規(guī) PCB 銅箔厚度為 1oz（35μm），而高功率 PCB 需選用 2~4oz 的厚銅箔，若仍采用薄銅箔，會導(dǎo)致熱量傳導(dǎo)效率低下；另一方面，銅箔布局不合理，如發(fā)熱器件周圍未設(shè)計(jì)散熱敷銅、敷銅區(qū)域未與接地層連通，會導(dǎo)致熱量無法向四周擴(kuò)散，形成局部高溫區(qū)。

 

元器件的布局是 PCB 熱管理設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，很多熱管理問題都源于布局失誤。最常見的問題是熱源集中布置，即將多個高功率器件（如芯片、電源模塊）密集排列在 PCB 的同一區(qū)域，導(dǎo)致熱量疊加，局部溫度急劇升高；其次是發(fā)熱器件靠近熱敏器件，如將電源芯片與傳感器、精密芯片相鄰布局，高溫會直接影響熱敏器件的性能；此外，元器件與 PCB 板邊距離過近，會阻礙空氣流通，降低自然散熱效率。

 

即使 PCB 設(shè)計(jì)階段的熱管理方案足夠完善，惡劣的應(yīng)用環(huán)境也會誘發(fā)熱管理問題。一是密閉空間應(yīng)用，如工業(yè)控制柜、汽車電子模塊內(nèi)部，空氣流通不暢，熱量無法通過對流散熱排出；二是高溫環(huán)境應(yīng)用，如戶外設(shè)備、新能源汽車發(fā)動機(jī)艙，環(huán)境溫度本身就接近 PCB 的工作溫度上限，進(jìn)一步壓縮了散熱余量；三是散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺失，如未安裝散熱片、導(dǎo)熱硅膠，或散熱片與 PCB 接觸不良，導(dǎo)致熱量無法有效傳導(dǎo)至外部散熱裝置。

 

 

PCB 熱管理問題是設(shè)計(jì)、材料、工藝、應(yīng)用等多因素共同作用的結(jié)果。捷配在為客戶提供 PCB 定制服務(wù)時，會從基材選型、疊層設(shè)計(jì)、銅箔布局等環(huán)節(jié)進(jìn)行全流程熱管理優(yōu)化，確保產(chǎn)品在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。