PCB熱設計對元器件布局的要求
發布時間:2019-11-18 責任編輯:wenwei
【導讀】元器件在PCB上的排列方式應遵循一定的規則。大量實踐經驗表明,采用合理的元器件排列方式,可以有效地降低PCB的溫升,從而使元器件及PCB的故障率明顯下降。

1
元器件應安裝在最佳自然散熱的位置上,使傳熱通路盡可能的短。同一塊PCB上的元器件應盡可能按其發熱量大小及散熱程度分區排列,發熱量小或耐熱性差的元器件(如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上遊(入口處),發熱量大或耐熱性好的元器件(如功率晶體管、大規模集成電路等)放在冷卻氣流的最下遊。元器件安裝方向的橫向麵與風向平行,以利於熱對流。
2
發熱元器件應盡可能地置於PCB的上方,條件允許時應處於氣流通道上。發熱量大的集成電路芯片,一般盡量放置在主PCB上,目的是為了避免底殼過熱;如果放置在主PCB下,那麼需要在芯片與底殼之間保留一定的空間,這樣可以充分利用氣體流動散熱。
3
對於采用自由對流空氣冷卻的開關電源,元器件熱流通道要短、橫截麵積要大,通道中無絕熱或隔熱物。對於采用強製空氣冷卻的開關電源,最好是將功率器件(或其他元器件)按照橫長方式排列,以使傳熱橫截麵盡可能的大。
4
PCB的(de)熱(re)容(rong)量(liang)應(ying)均(jun)勻(yun)分(fen)布(bu),不(bu)要(yao)把(ba)大(da)功(gong)耗(hao)元(yuan)器(qi)件(jian)集(ji)中(zhong)布(bu)放(fang)。發(fa)熱(re)量(liang)大(da)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)應(ying)分(fen)散(san)安(an)裝(zhuang),若(ruo)無(wu)法(fa)避(bi)免(mian),則(ze)要(yao)把(ba)矮(ai)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)放(fang)在(zai)氣(qi)流(liu)的(de)上(shang)遊(you),並(bing)保(bao)證(zheng)足(zu)夠(gou)的(de)冷(leng)卻(que)風(feng)量(liang)流(liu)經(jing)熱(re)耗(hao)集(ji)中(zhong)區(qu)。冷(leng)卻(que)氣(qi)流(liu)流(liu)速(su)不(bu)大(da)時(shi),元(yuan)器(qi)件(jian)按(an)叉(cha)排(pai)方(fang)式(shi)排(pai)列(lie),以(yi)提(ti)高(gao)氣(qi)流(liu)紊(wen)流(liu)程(cheng)度(du),增(zeng)加(jia)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)。
5
元器件在PCB上豎立排放、發熱元器件不安裝在機殼上時,元器件與機殼之間的距離應大於35~40cm。在水平方向上,大功率器件盡量靠近PCB邊緣布置,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,大功率器件盡量靠近PCB上方布置,以便減少它們工作時對其他元器件的影響。
6
在元器件布局時應考慮到對周圍熱輻射的影響,對熱敏感的元器件(含半導體器件)應遠離熱源或將其隔離。對於溫度高於30℃的熱源,一般要求在自然冷卻條件下,元器件離熱源距離不小於4mm。對溫度比較敏感的元器件最好安置在溫度最低的區域(如底部),不要將它放在發熱元器件的正上方。多個元器件最好在水平麵上交錯布局。
7
開關電源PCB的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計時要研究空氣流動路徑,合理配置元器件或PCB。空氣流動時總是趨向於阻力小的地方,所以在PCB上配置元器件時,要避免在某個區域留有較大的空域。在配置多塊PCB時也應注意這一問題。
8
在有通風口的殼體內部,元器件布局應服從空氣流動方向,即進風口→放大電路→邏輯電路→敏感電路→擊穿電路→小功率電阻電路→有發熱元器件的電路→出風口,構成良好的散熱通道。發熱元器件要在機殼上方,熱敏元器件在機殼下方,應利用金屬殼體作為散熱裝置。可以考慮把發熱高、輻射大的元器件專門設計安裝在一塊PCB上。
9
設計上保證元器件工作熱環境的穩定性,以減輕熱循環與衝擊而引起的溫度應力變化。溫度變化率不超過1℃/min,溫度變化範圍不超過20℃,此指標要求可根據所設計開關電源的特性進行調整。
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元器件的冷卻劑及冷卻方法應與所選冷卻係統及元器件相適應,不能因此產生化學反應或電解腐蝕。
11
冷卻係統的電功率一般為所需冷卻熱功率的3%~6%。冷卻時,氣流中含有水分、溫差過大,會產生凝露或附著。水分及其他汙染物等會導致電氣短路、電氣間隙減小或發生腐蝕,對此應采取的措施如下。
● 冷卻前後溫差不要過大。
● 溫差過大會產生凝露的部位,水分不應造成堵塞或積水;如果有積水,積水部位的材料不能發生腐蝕。
● 對裸露的導電金屬加熱縮套管或其他遮擋絕緣措施。
12
電容器(液態介質)應遠離熱源。在進行PCB的布局過程中,各個元器件之間、集成電路芯片之間或元器件與芯片之間應該盡可能地保留空間,目的是利於通風和散熱。
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在規則容許之下,散熱部件與需要進行散熱的元器件之間的接觸壓力應盡可能大,同時確認兩個接觸麵之間完全接觸。
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對dui於yu采cai用yong熱re管guan的de散san熱re方fang案an,應ying盡jin量liang加jia大da和he熱re管guan接jie觸chu的de麵mian積ji,以yi利li於yu發fa熱re元yuan器qi件jian和he集ji成cheng電dian路lu芯xin片pian等deng的de熱re傳chuan導dao。空kong間jian的de紊wen流liu一yi般ban會hui對dui電dian路lu產chan生sheng有you重zhong要yao影ying響xiang的de高gao頻pin噪zao聲sheng,應ying避bi免mian其qi產chan生sheng。
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當PCB中發熱元器件量較少時(少於3個),可在發熱元器件上加散熱器或導熱管;如果當溫度還不能降下來,可采用帶風扇的散熱器,以增強散熱效果。當發熱元器件量較多時(多於3個),可采用大的散熱罩(板),它是按PCB上shang發fa熱re元yuan器qi件jian的de位wei置zhi和he高gao低di而er定ding製zhi的de專zhuan用yong散san熱re器qi,或huo是shi在zai一yi個ge大da的de平ping板ban散san熱re器qi上shang摳kou出chu不bu同tong的de元yuan器qi件jian高gao低di位wei置zhi,將jiang散san熱re罩zhao整zheng體ti扣kou在zai元yuan器qi件jian麵mian上shang,與yu每mei個ge元yuan器qi件jian接jie觸chu而er散san熱re。但dan由you於yu元yuan器qi件jian裝zhuang焊han時shi高gao低di一yi致zhi性xing差cha,散san熱re效xiao果guo並bing不bu好hao,通tong常chang在zai元yuan器qi件jian麵mian上shang加jia柔rou軟ruan的de熱re相xiang變bian導dao熱re墊dian來lai改gai善shan散san熱re效xiao果guo。
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