在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，特別在電源應(yīng)用中，有兩個關(guān)注重點：效率和熱管理。效率決定了實際上有多少電量無損傳輸；熱管理則確保系統(tǒng)設(shè)備運行時保持可接受的溫度水平。簡單來說，熱管理是指將過多熱量從一處轉(zhuǎn)移另一處。傳統(tǒng)辦法是在產(chǎn)生過多熱量的特定部件上安裝外部散熱片。但是，如果PCB本身產(chǎn)生熱量，或者部件機械結(jié)構(gòu)不允許安裝散熱片，該怎么辦？

如果電流傳輸不當，必然會轉(zhuǎn)化成熱能。必須消除這種熱能，才能避免設(shè)備溫度上升。如果降溫不充分，則可能對部件造成損害或縮短部件的壽命。 ? 就電子設(shè)備和 PCB而言，我們的目標是從部件轉(zhuǎn)移走過多的熱量，在PCB內(nèi)部或兩側(cè)進行散熱。為此，我們有時會結(jié)合被動散熱方案，比如通過外部散熱片進行通風或使用冷卻液。

創(chuàng)新增加了對熱管理的需求近年來，對電子系統(tǒng)熱管理解決方案的需求穩(wěn)步增長。NCAB 集團（美國）的技術(shù)經(jīng)理Jeffrey Beauchamp?和NCAB集團（意大利）的FAE工程師?Mario Cianfriglia?解釋了如何通過行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新滿足散熱需求。 ? Jeffrey Beauchamp解釋道，“當前，微型化是大勢所趨，電子產(chǎn)品和部件變得越來越小，印刷電路板也愈加緊湊。這使得應(yīng)用散熱片等傳統(tǒng)解決方案變得越來越困難，因為它們占據(jù)空間太大。因此，人們必須另辟蹊徑，找到新辦法。” ? 設(shè)計師面臨的另一個新因素是電子產(chǎn)品需要執(zhí)行更多的功能、更快的運算速度，那么就會產(chǎn)生更多的熱量。Mario Cianfriglia 指出，“簡單來講，電子產(chǎn)品的小型化推動了PCB的微型化。在這些元件上，每平方厘米（cm2）上的互聯(lián)點數(shù)量不斷增加。這都是為了容納最新一代0.4毫米或更小間距的BGA 部件，后者用于管理數(shù)字信號和電源信號。”

應(yīng)用的熱管理，新的挑戰(zhàn)Mario Cianfriglia 還強調(diào)，由于電子元件被使用在越來越多的應(yīng)用當中，設(shè)計師面臨新的挑戰(zhàn)。 ? 他指出，“在有些情況下，熱管理可能會非常嚴格，例如能源行業(yè)、工業(yè)應(yīng)用或汽車行業(yè)，特別是電動車。電信或雷達系統(tǒng)等更復(fù)雜的應(yīng)用也是如此。” 隨著5G（第五代移動通訊）的不斷應(yīng)用，電子產(chǎn)品將包含越來越多的部件。這些部件的運行速度越來越快，從而產(chǎn)生更多熱量。與此同時，還需要絕對確保 5G 應(yīng)用中的信號完整性。 ? Mario Cianfriglia 說道，“這是最前沿的技術(shù)，信號完整性至關(guān)重要。PCB 目前能夠處理3 至 5 GHz 信號，但隨著5G功能的完善，它們 [必須]處理約 25 GHz 及更高頻信號。為確保在所有運行條件下的信號完整性，我們必須掌握正確的熱管理。處理高頻信號的PCB在設(shè)計時必須考慮適當?shù)膶盈B結(jié)構(gòu)、特殊原料、布線路徑、接地層、供電和信號。” Jeffrey Beauchamp表示，“我們看到，熱管理的需求正開始增長；我認為，這種需求可能會繼續(xù)增加，這有望帶來更先進的新型技術(shù)。”

在某些情況下，熱管理可能會非常嚴格，例如能源行業(yè)、工業(yè)應(yīng)用或汽車行業(yè)，特別是電動車。Mario Cianfriglia表示。

通過分析程序預(yù)防問題在產(chǎn)品開發(fā)過程中，人們使用各種技術(shù)識別與熱量有關(guān)的潛在問題，并開發(fā)出特種軟件包用于預(yù)防性分析。重要的是，印刷電路板在設(shè)計階段便應(yīng)做到各方面尺寸正確。因此，人們必須了解部件的要求，根據(jù)它們在信號和電源方面的需求確定走線和間距尺寸，并選擇適當?shù)腻冦~和基材厚度。現(xiàn)有許多用于預(yù)防性熱分析工具和軟件包，可以在設(shè)計層面確定各項尺寸。人們必須了解部件的需求，根據(jù)它們在信號和電源方面的需求確定走線和間距尺寸，選擇適當?shù)腻冦~重量或厚度，以及基材。 ? 對于簡單的PCB，如果通過外觀檢測發(fā)現(xiàn)明顯損傷，那么完全可歸因于電流。溫度升高會導(dǎo)致基板逐漸劣化，造成樹脂碳化。因此，在熱能積聚的區(qū)域早期可觀察到發(fā)黃現(xiàn)象。人們可以模擬PCBA 的運行，用紅外攝像機檢查溫度超出允許范圍的區(qū)域。但到了這個階段，我們只能識別異常，而無法避免風險。* 我們的建議是在項目的前期階段就尋求PCB供應(yīng)商的支持，以便獲得設(shè)計建議，幫助設(shè)計師出色完成任務(wù)。”，Mario Cianfriglia 說道。

熱管理需求的驅(qū)動因素

微型化，更緊湊的 PCB上聚集尺寸更小和數(shù)量更多的部件。

電子元件正被使用在越來越多的應(yīng)用。

部件運行速度更快，因而產(chǎn)生熱量更多。

新技術(shù)需要處理更高頻信號和更高電能，產(chǎn)生更多熱量。

隨著5G的應(yīng)用，信號完整性變得更重要，增強了熱管理的必要性。

專家及早介入

Jeffrey Beauchamp表示，“真正聰明的設(shè)計師會在構(gòu)造電路板之前先進行熱模擬，直觀了解可能遭遇的問題。但是，許多公司沒有能力開展復(fù)雜的熱能計算，也不具備必要的軟件。因此，他們只能簡單地應(yīng)用最佳范例，只在問題出現(xiàn)時才會提出疑問。他們有時會在執(zhí)行測試和檢測到熱能相關(guān)的問題時向我們求助。”

大功率應(yīng)用的設(shè)計通常有散熱管理需求。我們建議根據(jù)NCAB設(shè)計指南設(shè)計電路板，來確保其可制造性。用于多層板、HDI板、軟板/軟硬結(jié)合板和半軟板的設(shè)計指南，可點擊頁面左下角閱讀原文下載。

他建議應(yīng)該讓NCAB這樣的專業(yè)機構(gòu)及早參與設(shè)計流程，并表示，“這樣，我們或許能夠建議采用其他層疊方案或其他材料，快速徹底地避免問題。有時候，這樣做可能還不夠，我們還得引入更復(fù)雜的解決方案。但是，最好還是讓我們及早介入，因為重新制作和測試電路板可能會花費許多時間和成本。NCAB始終強調(diào)從一開始就做對。對熱管理問題來說，這點更加重要，因為這類電路板的制造成本更高。開始時選擇正確方案會節(jié)省大量時間和金錢，避免不必要的麻煩。”
? ? ?責任編輯:tzh