電子基礎：了解PCB的熱傳導效率

隨著電子元件功率密度的增加，它們的工作結溫會超出極限，從而將更多的熱能消散到封裝、PCB和外殼上。電子元件散發的一小部分熱量通過引線和外殼傳遞到PCB，隨著功率密度的增加，這一份額也隨之增加。PCB的熱導率是影響電路板熱功率損耗耗散的重要因素。通過封裝、PCB和外殼的正確設計和材料選擇來優化組件的熱特性至關重要。讓我們更詳細地討論PCB的熱管理和熱導率。

一、PCB熱處理

電子元件會產生熱能并將大量熱量散發到PCB上。諸如散熱器之類的熱管理技術通常用于加快從電子元件到環境的散熱速率。散熱器提供從結到外殼和外殼到環境的低熱阻，從而促進熱傳遞。在為感興趣的電子元件指定散熱器時，通過PCB的熱能耗散變得很重要。PCB的熱特性對組件的工作結溫至關重要。隨著高功率密度和高速電子電路設計的普及，PCB的導熱性能更加關鍵。

二、PCB的熱導率

PCB是由銅箔和玻璃增強聚合物組成的分層結構，它們將組件電氣連接并使用焊盤、導電跡線和通孔以機械方式支撐它們。高導熱銅箔夾在低導熱玻璃環氧樹脂層之間。銅形成PCB中的導電電路，而玻璃環氧樹脂層是非導電基板。

三、PCB導電材料

最常用的導電材料是銅。其他選擇包括鋁、鉻和鎳。最常用的非導電基材是FR-4層壓板。銅的導熱系數約為400W/m/K，FR-4的導熱系數為0.2W/m/K。銅充當熱導體，層壓板充當熱絕緣體。銅和FR-4的熱導率存在巨大差異，這使得PCB的有效熱導率各向異性。

四、PCB的有效平行和法向熱導率

開發PCB內的熱傳遞模型非常重要，因為PCB中的散熱會嚴重影響最高電路板溫度和組件工作溫度。為了預測到PCB的熱傳遞，PCB被建模為具有兩個有效熱導率的單個單元。假設通過PCB的復合層進行一維熱傳導并忽略銅和玻璃環氧樹脂層之間的熱常數電阻，獲得的有效熱導率為：

（1）有效平行熱導率：描述PCB板平面內的熱流。
（2）有效法向熱導率：描述通過PCB板厚度的熱流。

PCB的有效平行和法向熱導率取決于PCB的總厚度以及銅層和玻璃環氧樹脂層的厚度。PCB的熱導率對信號層中存在的銅量很敏感。類似地，有效熱導率在內部銅層的存在及其到頂層的距離下會有所不同。

讓我們看一個具體的例子：頂層有銅的PCB。頂層的銅會導致熱量在大面積上擴散。它提供了一條低電阻路徑，可防止熱量散發到PCB板中。對于頂層有銅和沒有銅的PCB，有效平行和正常熱導率的值是不同的，從而使兩種情況下PCB的有效總熱導率不同。

我們可以得出結論，層的放置、元件尺寸和操作條件對PCB的有效導熱率有重大影響，使其成為PCB設計中的關鍵要素。電路設計工程師必須將熱導率作為決定設計過程中電路板散熱方式的關鍵因素。

以上就是英銳恩單片機開發工程師分享的“電子基礎：了解PCB的熱傳導效率”。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發，提供8位單片機、16位單片機、32位單片機。