【導讀】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(shí)，我們談?wù)摰氖?PCB 將器件產(chǎn)生的熱量轉移到周?chē)鷧^域的能力。有效導熱系數用 Keff 表示，單位是 W/m-K。
本文要點(diǎn)：
PCB 有效導熱系數的定義。
影響 PCB 有效導熱系數的關(guān)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(shí)，我們談?wù)摰氖?PCB 將器件產(chǎn)生的熱量轉移到周?chē)鷧^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(gè)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(mǎn)器件的 PCB 的導熱效果。隨著(zhù)電子模塊的尺寸不斷縮小，設計人員應該關(guān)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(shí)，要考慮到不同的熱導率。
業(yè)界已經(jīng)進(jìn)行了各種研究來(lái)分析 PCB 的導熱系數。不同的研究使用了不同類(lèi)型的模型和假設。對于設計人員來(lái)說(shuō)，PCB 的有效導熱系數取決于以下幾項因素。
器件尺寸
隨著(zhù)器件變得越來(lái)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(huì )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(guò)孔
熱過(guò)孔是一些有意放置的孔，用于將熱量從器件上散發(fā)出去。這類(lèi)似于讓熱蒸汽有更多機會(huì )從粥里散發(fā)出去，而不是把它困在容器里。因此，一個(gè)區域內的熱過(guò)孔越多，PCB 的有效導熱系數就越高。
散熱過(guò)孔密度會(huì )影響 PCB 的有效導熱系數
散熱過(guò)孔密度會(huì )影響 PCB 的有效導熱系數。
內部層
內部銅層的存在也會(huì )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(gè)銅內層，PCB 的有效導熱系數就會(huì )下降。當然，熱過(guò)孔有助于更有效地將熱量傳遞到內層。
走線(xiàn)的幾何形狀
如果銅走線(xiàn)從頭到尾是連貫的，那么 PCB 的有效導熱系數就會(huì )很高。但是，如果走線(xiàn)中斷，有效導熱系數可能會(huì )下降，而這種情況在實(shí)際的 PCB 中時(shí)有發(fā)生。
3. 有效導熱系數是否有利于進(jìn)行準確的 PCB 熱建模？
有效導熱系數易于計算，因此是分析時(shí)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(xiàn)、銅面、過(guò)孔和焊盤(pán)都可能不一樣。
因此，從傳統模型中推導有效導熱系數會(huì )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(jìn)行深入分析。然后對表面進(jìn)行像素化分析，以便更好地進(jìn)行預測。
PCB 有效導熱系數的準確度取決于建模，而無(wú)論采用何種技術(shù)，建模的準確度都取決于使用的軟件工具。
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