本文要點：

PCB 有效導熱系數的定義。

影響 PCB 有效導熱系數的關鍵因素。

了解熱模型中有效導熱系數的準確度。

1. 什么是 PCB 有效導熱系數？

“有效導熱系數”代表材料的傳導熱能力。當我們談及 PCB 的有效導熱系數時，我們談論的是 PCB 將器件產生的熱量轉移到周圍區域的能力。有效導熱系數用 Keff 表示，單位是 W/m-K。

在 PCB 設計中，有效導熱系數是熱建模和分析中使用的一個重要參數，有助于工程師根據特定的假設和模型，預測一塊擺滿器件的 PCB 的導熱效果。隨著電子模塊的尺寸不斷縮小，設計人員應該關注有效導熱系數。

PCB 有效導熱系數反映了 PCB 的傳熱能力。

2. 影響 PCB 有效導熱系數的因素

一塊 PCB 包含導電材料、絕緣體和安裝的器件。PCB 中使用的每種材料都有不同的熱導率。在推導 PCB 的有效導熱系數時，要考慮到不同的熱導率。

業界已經進行了各種研究來分析 PCB 的導熱系數。不同的研究使用了不同類型的模型和假設。對于設計人員來說，PCB 的有效導熱系數取決于以下幾項因素。

器件尺寸

隨著器件變得越來越小，自然散熱的能力也不斷下降。例如，與采用 TO-220 封裝的 MOSFET 相比，采用 SOT-23 封裝的 MOSFET 的導熱墊片面積會更小。因此，安裝在 PCB 上的器件的尺寸將影響其散熱能力。

熱過孔

熱過孔是一些有意放置的孔，用于將熱量從器件上散發出去。這類似于讓熱蒸汽有更多機會從粥里散發出去，而不是把它困在容器里。因此，一個區域內的熱過孔越多，PCB 的有效導熱系數就越高。

散熱過孔密度會影響 PCB 的有效導熱系數

散熱過孔密度會影響 PCB 的有效導熱系數。

內部層

內部銅層的存在也會改變散熱的速度和方向。銅的導熱系數為 355 W/m-K，而 FR-4 為 0.25 m-K。如果有多個銅內層，PCB 的有效導熱系數就會下降。當然，熱過孔有助于更有效地將熱量傳遞到內層。

走線的幾何形狀

如果銅走線從頭到尾是連貫的，那么 PCB 的有效導熱系數就會很高。但是，如果走線中斷，有效導熱系數可能會下降，而這種情況在實際的 PCB 中時有發生。

3. 有效導熱系數是否有利于進行準確的 PCB 熱建模？

有效導熱系數易于計算，因此是分析時的首選。該參數通常是基于同構的 PCB 模型。然而，PCB 很少是同構的，尤其是多層 PCB。每層的器件排列、走線、銅面、過孔和焊盤都可能不一樣。

因此，從傳統模型中推導有效導熱系數會有一定的誤差。為了更準確地估計有效導熱系數，需要對 PCB 的每一層進行深入分析。然后對表面進行像素化分析，以便更好地進行預測。

PCB 有效導熱系數的準確度取決于建模，而無論采用何種技術，建模的準確度都取決于使用的軟件工具。

Cadence Celsius Thermal Solver 結合 FEA 與 CFD，能實現精確的電熱協同仿真和熱分析，并與用于 PCB/IC 封裝的 Sigrity 技術相集成，如備受大家熟知青睞的 Sigrity PowerDC 進化為 Celsius PowerDC，助力設計團隊獲取更準確的電熱仿真結果。

本文轉載自： Cadence楷登PCB及封裝資源中心微信公眾號

審核編輯 黃宇