高溫PCB-一(yī)種適用(yòng)於(yú)耐高(gāo)溫電路(lù)板
眾所周知(zhī)，設計人員正在從印(yìn)刷電路板(bǎn)中擠(jǐ)出更(gēng)多(duō)性(xìng)能(néng)。功率密(mì)度(dù)正在上(shàng)升，隨之而(ér)來(lái)的(dí)高溫可(kě)能(néng)對(duì)導(dǎo)體(tǐ)和電(diàn)介(jiè)質造成嚴重破壞(huài)。升高的溫(wēn)度(dù)-無論(lùn)是(shì)由(yóu)於I2R損耗還是環境因(yīn)素(sù)引起(qǐ)的-都會影響熱阻(zǔ)和(hé)電(diàn)氣(qì)阻(zǔ)抗(kàng)，從而導(dǎo)致(zhì)係統性(xìng)能不穩(wěn)定，即(jí)使不(bù)是完全(quán)故障。導(dǎo)體和電(diàn)介質(zhì)之(zhī)間(jiān)的(dí)熱膨脹率差異（衡量材料(liào)受熱時膨(péng)脹和(hé)冷(lěng)卻時收縮的(dí)趨勢的量度）會產生(shēng)機(jī)械(xiè)應力(lì)，從而導(dǎo)致(zhì)開裂和(hé)連接失敗，尤(yóu)其(qí)是在電(diàn)路板(bǎn)受到周期性加(jiā)熱和冷卻(què)的(dí)情(qíng)況(kuàng)下。如(rú)果溫度足(zú)夠高，則電介(jiè)質可能(néng)會完(wán)全失去(qù)其(qí)結(jié)構(gòu)完(wán)整性(xìng)，從(cóng)而使第一個多(duō)米(mǐ)諾骨(gǔ)牌(pái)陷入困境。
發熱(rè)一直(zhí)是(shì)影響(xiǎng)PCB性(xìng)能(néng)的(dí)一個因素(sù)，設(shè)計人員習(xí)慣於將散熱器包括在(zài)PCB中，但是當今高功率密度設計的(dí)要求經(jīng)常使傳(chuán)統PCB的(dí)熱(rè)量管理做(zuò)法不堪(kān)重(zhòng)負。
減(jiǎn)輕高(gāo)溫的(dí)影響(xiǎng)不(bù)僅(jǐn)對(duì)高溫(wēn)PCB的性能和可靠(kào)性(xìng)，而且(qiě)對以(yǐ)下因(yīn)素也具(jù)有深(shēn)遠(yuǎn)的影響(xiǎng)：
組件（或(huò)係(xì)統(tǒng)）重(zhòng)量
申請(qǐng)規(guī)模
成(chéng)本
電(diàn)源(yuán)要(yào)求(qiú)
甲(jiǎ)高溫(wēn)電(diàn)路(lù)板通常被定(dìng)義為一(yī)個與Tg（玻璃(lí)化轉(zhuǎn)變(biàn)溫度）高(gāo)於170℃。
對於連續(xù)熱(rè)負(fù)載，在(zài)低於(yú)Tg 25°C的工(gōng)作(zuò)溫度下，高溫(wēn)PCB應(yīng)該(gāi)遵循簡單(dān)的經(jīng)驗法則。
因此(cǐ)，如果您(nín)的產(chǎn)品在130°C或更(gēng)高的溫(wēn)度範(fàn)圍(wéi)內，則建議使用(yòng)高Tg的(dí)材(cái)料。
最(zuì)常(cháng)見(jiàn)的高Tg材(cái)料包(bāo)括(kuò)：
-ISOLA IS410
-ISOLA IS420
-ISOLA G200
-勝藝S1000-2
-ITEQ IT-180A
-雅隆85N
在本(běn)文中，我(wǒ)們將討(tǎo)論高溫(wēn)PCB製造和(hé)PCBA中使用(yòng)的一些(xiē)設計方(fāng)法(fǎ)和技(jì)術，以幫助設(shè)計人員應(yīng)對(duì)高溫(wēn)應(yīng)用。
PCB散(sàn)熱(rè)技術(shù)與(yǔ)設(shè)計注意(yì)事(shì)項
熱(rè)量(liáng)通過(guò)一種或多種機(jī)製(zhì)（輻(fú)射，對(duì)流，傳導(dǎo)）消(xiāo)散，設計(jì)團(tuán)隊(duì)在決(jué)定(dìng)如(rú)何(hé)管(guǎn)理係統(tǒng)和(hé)元(yuán)器件(jiàn)溫度時必須(xū)牢記這三(sān)個因素(sù)。
重(zhòng)銅(tóng)PCB
輻(fú)射(shè)
輻射是(shì)電磁波(bō)形式的能量發(fā)射。我們傾向於認為它(tā)僅(jǐn)是發(fā)光(guāng)的事(shì)物，但事(shì)實是，溫(wēn)度(dù)高於絕對零(líng)的任何物體都會(huì)輻射熱(rè)能(néng)。雖然通(tōng)常(cháng)散(sàn)發的熱量對電路板(bǎn)性能的(dí)影響(xiǎng)最(zuì)小(xiǎo)，但有時可能是稻草折(zhē)斷了駱駝(tuó)的後(hòu)背(bèi)。為(wéi)了有效地(dì)去除(chú)熱量，電(diàn)磁(cí)波(bō)應遠離源(yuán)具有相(xiāng)對清(qīng)晰的路徑。反射(shè)表(biǎo)麵使(shǐ)光(guāng)子(zǐ)的外流受(shòu)挫，使大(dà)量光子(zǐ)在(zài)其(qí)源(yuán)上重新聚集(jí)。如(rú)果(guǒ)不幸(xìng)的是(shì)反射麵(miàn)共(gòng)同(tóng)形(xíng)成(chéng)了(liǎo)拋(pāo)物麵(miàn)鏡效應(yīng)，它(tā)們會(huì)集中(zhōng)許多光源的輻(fú)射能量，並將其聚(jù)焦(jiāo)在(zài)係統(tǒng)的一(yī)個不(bù)幸(xìng)部(bù)分(fēn)上，從(cóng)而造成真正(zhèng)的(dí)麻(má)煩。
對流
對流(liú)是(shì)將熱量(liáng)傳(chuán)遞到(dào)流體（空(kōng)氣(qì)，水等(děng)）上(shàng)。對流是(shì)“自然”的(dí)：流(liú)體(tǐ)從熱源(yuán)吸(xī)收(shōu)熱(rè)量，密度(dù)降(jiàng)低，從(cóng)熱源升至(zhì)散熱(rè)器(qì)，冷卻，密(mì)度增大(dà)，再回到(dào)熱(rè)源(yuán)，然(rán)後重(zhòng)復該過程(chéng)。（回想一下小(xiǎo)學(xué)的“雨周期”）其他(tā)對(duì)流是由(yóu)風(fēng)扇或水(shuǐ)泵(bèng)“強迫”的。影響(xiǎng)對流(liú)的關鍵因素是源(yuán)與冷卻劑之間(jiān)的(dí)溫(wēn)度差，源傳遞熱量(liáng)的難易(yì)程度(dù)，冷卻劑吸收熱(rè)量(liáng)的(dí)難易(yì)程度(dù)，冷(lěng)卻(què)劑(jì)的流量以及(jí)傳熱的表(biǎo)麵(miàn)積(jī)。液(yè)體比氣體(tǐ)更容(róng)易吸(xī)收(shōu)熱量。
傳導性
傳導是(shì)通(tōng)過熱源和散熱器(qì)之(zhī)間的(dí)直(zhí)接接觸(chù)進(jìn)行的(dí)熱傳(chuán)遞。從(cóng)許多方(fāng)麵講(jiǎng)，它(tā)類(lèi)似於(yú)電流(liú)：源(yuán)和宿之(zhī)間的(dí)溫度差類似於(yú)電壓(yā)，單(dān)位時間內傳(chuán)遞(dì)的熱量(liáng)類似於(yú)安(ān)培數(shù)，熱量(liáng)流(liú)經導熱(rè)體(tǐ)的(dí)難(nán)易(yì)程度類(lèi)似(sì)於電流。電(diàn)導。實(shí)際(jì)上，構成良好(hǎo)電(diàn)導(dǎo)體(tǐ)的因(yīn)素也往(wǎng)往(wǎng)也(yě)構(gòu)成(chéng)良好的(dí)熱導體(tǐ)，因為(wéi)它們都代(dài)表(biǎo)分子或原(yuán)子(zǐ)運動(dòng)的形式(shì)。例如(rú)，銅和(hé)鋁是熱和(hé)電的極好(hǎo)導(dǎo)體。較大的導體橫截(jié)麵可(kě)提高熱(rè)量和(hé)電(diàn)子(zǐ)的傳導(dǎo)性(xìng)。就(jiù)像(xiàng)電路一樣，長(cháng)而曲折的流動路(lù)徑會嚴重(zhòng)降低導(dǎo)體的效率(shuài)。
通(tōng)常，從電(diàn)路板上去除熱(rè)量的(dí)主要機(jī)製(zhì)是將熱量(liáng)傳(chuán)導(dǎo)到合適的散熱(rè)器(qì)，對流將熱量傳(chuán)導(dǎo)到(dào)環境(jìng)中(zhōng)。熱(rè)量會直接從源(yuán)中散發(fā)出一(yī)些(xiē)熱量(liáng)，但(dàn)通常是(shì)通過專(zhuān)門設計的通(tōng)道(dào)（稱(chēng)為(wéi)“熱通道”或“熱通(tōng)道”）將大部(bù)分熱量(liáng)帶走。PCB散熱(rè)器相對(duì)較(jiào)大，發射(shè)率很高的表麵(miàn)（通(tōng)常是波紋(wén)狀或帶鰭(qí)狀(zhuàng)，以進一(yī)步(bù)增(zēng)加(jiā)表(biǎo)麵(miàn)積(jī)），與(yǔ)導(dǎo)電（例(lì)如銅或鋁）背襯(chèn)粘合(hé)，這是一(yī)個(gè)勞(láo)動強度(dù)大(dà)的過程。PCB散(sàn)熱(rè)器也可以連(lián)接(jiē)到(dào)設備的機(jī)箱，以(yǐ)利用其表麵積(jī)。通常(cháng)使(shǐ)用風(fēng)扇來提(tí)供冷(lěng)卻空(kōng)氣(qì)流，在極(jí)端(duān)情(qíng)況(kuàng)下(xià)，冷卻(què)空氣本(běn)身可在(zài)氣(qì)液熱交換(huàn)器(qì)中冷(lěng)卻。
歸根(gēn)結(jié)底(dǐ)，設(shè)計人員(yuán)可用的熱量(liáng)管(guǎn)理選(xuǎn)項包(bāo)括降低(dī)功率密(mì)度，將設備與熱源(yuán)分離或(huò)隔(gé)離，提供(gōng)更(gēng)強大(dà)的(dí)冷卻(què)機(jī)製(zhì)（例(lì)如，更(gēng)大(dà)的(dí)風扇，液體冷(lěng)卻係(xì)統(tǒng)等），增(zēng)加(jiā)尺寸(cùn)。散熱(rè)片的(dí)可(kě)及性(xìng)，使用更(gēng)大的(dí)導(dǎo)體(tǐ)或使(shǐ)用(yòng)能夠承(chéng)受(shòu)更(gēng)高(gāo)溫度(dù)的特殊材(cái)料。所有這(zhè)些(xiē)都會(huì)對整(zhěng)個係(xì)統的成本(běn)，大小(xiǎo)和(hé)重(zhòng)量產(chǎn)生(shēng)影響，因(yīn)此必須(xū)在最早的概(gài)念開發和設計(jì)階(jiē)段就予以(yǐ)考(kǎo)慮(lǜ)。
新的熱(rè)管(guǎn)理技術(shù)
PCB製造商(shāng)充分意(yì)識(shí)到標(biāo)準製(zhì)造(zào)方法(fǎ)的局限性，並(bìng)通(tōng)過(guò)提供專門針對高溫(wēn)設計的新(xīn)型PCB來努(nǔ)力應對(duì)當今的設(shè)計(jì)挑(tiāo)戰。這些PCB均(jūn)采用沉重(zhòng)的銅電(diàn)路來提高(gāo)其載(zǎi)流(liú)能力，同時(shí)降(jiàng)低I 2 R損(sǔn)耗，但(dàn)是(shì)它們的實現(xiàn)方(fāng)式(shì)可能會(huì)有(yǒu)很(hěn)大(dà)差(chà)異(yì)。
正(zhèng)如描(miáo)述所暗(àn)示(shì)的(dí)那樣，我們(mén)越(yuè)來越看(kàn)到(dào)“重銅”和“極銅”板(bǎn)，它(tā)們使用的(dí)銅層比標準(zhǔn)PCB厚，重。如果到(dào)處都(dū)不需(xū)要重（或(huò)極(jí)端）銅，則可(kě)以將(jiāng)重銅(tóng)電路和標準(zhǔn)銅(tóng)電路組合(hé)在(zài)一起(qǐ)，以(yǐ)允許在單個板(bǎn)上承載電源電(diàn)流和信(xìn)號電(diàn)流。
除(chú)了特殊的蝕刻和電鍍技術外(wài)，重(zhòng)/極(jí)銅(tóng)PCB的製造(zào)工藝(yì)與標(biāo)準(zhǔn)PCB相(xiāng)似。優(yōu)點(diǎn)是(shì)更大(dà)的載流能力(lì)，更(gēng)低(dī)的I 2 R損(sǔn)耗(hào)，更高的(dí)機(jī)械強(qiáng)度，具(jù)有並入高(gāo)效車載(zǎi)散熱(rè)片和(hé)車(chē)載平麵變壓器(qì)之類(lèi)的功能以(yǐ)及(jí)減(jiǎn)小產品(pǐn)尺(chǐ)寸（由於(yú)該(gāi)能(néng)力(lì)）的能(néng)力(lì)。將重型(xíng)和標(biāo)準電路(lù)組合(hé)在一塊(kuài)板(bǎn)上）。相對成本較低，因(yīn)為(wéi)板(bǎn)載散(sàn)熱(rè)器不需(xū)要繁瑣(suǒ)的手工製造(zào)標準的，粘(nián)合的散熱(rè)器(qì)。
另一種方(fāng)法是(shì)嵌入沉(chén)重(zhòng)的矩形(xíng)銅綫以(yǐ)代替(tì)沉重(zhòng)/極(jí)端(duān)的(dí)銅鍍(dù)層。與標(biāo)準PCB相(xiāng)比(bǐ)，優勢(shì)與(yǔ)重(zhòng)/極銅PCB相似：能夠合(hé)並(bìng)功率電(diàn)流(liú)和信號電(diàn)流，減(jiǎn)少熱量(liáng)產(chǎn)生(shēng)和(hé)改(gǎi)善散熱(rè)，提高強度，消除連接器(qì)，減少層數，減小整(zhěng)體係統體積。一些(xiē)人聲稱(chēng)，與厚銅板(bǎn)相比(bǐ)，嵌(qiàn)入式(shì)銅板更(gēng)容(róng)易(yì)焊(hàn)接，但應根(gēn)據具體(tǐ)情況(kuàng)進行(háng)評(píng)估。
應(yīng)當考慮的另一(yī)種熱(rè)管理技術是可(kě)與標(biāo)準(zhǔn)PCB設計軟件包(bāo)（例(lì)如Mentor Graphics的FloThermPCB®）集成的計(jì)算(suàn)流體力(lì)學(xué)（CFD）軟(ruǎn)件。隨(suí)著(zhuó)性(xìng)能邊界的推(tuī)力越來(lái)越大(dà)，舊的(dí)經驗(yàn)法則(zé)和餐巾紙熱量計(jì)算(suàn)變(biàn)得(dé)越來越不可靠。出(chū)色(sè)的(dí)CFD套件（特別是(shì)專(zhuān)門為(wéi)PCB或電子冷卻應(yīng)用設計的(dí)套件）可(kě)以勝任，可以消(xiāo)除大量的猜測，提高設計效率，避(bì)免潛(qián)在(zài)的(dí)代價(jià)高(gāo)昂(áng)的錯(cuò)誤，並(bìng)縮(suō)短上市時(shí)間(jiān)。
設(shè)計和(hé)開發
考(kǎo)慮(lǜ)到(dào)所(suǒ)有(yǒu)先前的(dí)權(quán)衡，至(zhì)關重要(yào)的是，產品的(dí)設計(jì)和(hé)開發必(bì)須由代(dài)表關鍵利益(yì)相關(guān)者(zhě)的(dí)團隊來(lái)製定：客(kè)戶，銷售和市場營(yíng)銷，當然還有客(kè)戶服(fú)務(wù)，采(cǎi)購，製(zhì)造(zào)和(hé)銷(xiāo)售方麵知識(shí)淵博(bó)的(dí)成(chéng)員工(gōng)程(chéng)部(bù)門(mén)。供(gōng)應(yīng)商，例如PCBA加工(gōng)製(zhì)造(zào)商，必須(xū)具(jù)有製造設計(jì)和(hé)技術(shù)專長，是團隊(duì)不可(kě)分(fēn)割(gē)的一部(bù)分(fēn)；製(zhì)造，組裝，測(cè)試和(hé)服(fú)務注意(yì)事(shì)項必須(xū)內置(zhì)，而(ér)不是(shì)增(zēng)加。