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一文了解 PCB 的有效导热系数


【导读】什么是 PCB 有效导热系数?“有效导热系数”代表材料的传导热能力。当我们谈及 PCB 的有效导热系数时,我们谈论的是 PCB 将器件产生的热量转移到周围区域的能力。有效导热系数用 Keff 表示,单位是 W/m-K。


本文要点:

  • PCB 有效导热系数的定义。

  • 影响 PCB 有效导热系数的关键因素。

  • 了解热模型中有效导热系数的准确度。


1. 什么是 PCB 有效导热系数?“有效导热系数”代表材料的传导热能力。当我们谈及 PCB 的有效导热系数时,我们谈论的是 PCB 将器件产生的热量转移到周围区域的能力。有效导热系数用 Keff 表示,单位是 W/m-K。

在 PCB 设计中,有效导热系数是热建模和分析中使用的一个重要参数,有助于工程师根据特定的假设和模型,预测一块摆满器件的 PCB 的导热效果。随着电子模块的尺寸不断缩小,设计人员应该关注有效导热系数。


一文了解 PCB 的有效导热系数

PCB 有效导热系数反映了 PCB 的传热能力。


2. 影响 PCB 有效导热系数的因素


一块 PCB 包含导电材料、绝缘体和安装的器件。PCB 中使用的每种材料都有不同的热导率。在推导 PCB 的有效导热系数时,要考虑到不同的热导率。


业界已经进行了各种研究来分析 PCB 的导热系数。不同的研究使用了不同类型的模型和假设。对于设计人员来说,PCB 的有效导热系数取决于以下几项因素。


器件尺寸


随着器件变得越来越小,自然散热的能力也不断下降。例如,与采用 TO-220 封装的 MOSFET 相比,采用 SOT-23 封装的 MOSFET 的导热垫片面积会更小。因此,安装在 PCB 上的器件的尺寸将影响其散热能力。


热过孔


热过孔是一些有意放置的孔,用于将热量从器件上散发出去。这类似于让热蒸汽有更多机会从粥里散发出去,而不是把它困在容器里。因此,一个区域内的热过孔越多,PCB 的有效导热系数就越高。


一文了解 PCB 的有效导热系数

散热过孔密度会影响 PCB 的有效导热系数

散热过孔密度会影响 PCB 的有效导热系数。


内部层


内部铜层的存在也会改变散热的速度和方向。铜的导热系数为 355 W/m-K,而 FR-4 为 0.25 m-K。如果有多个铜内层,PCB 的有效导热系数就会下降。当然,热过孔有助于更有效地将热量传递到内层。


走线的几何形状


如果铜走线从头到尾是连贯的,那么 PCB 的有效导热系数就会很高。但是,如果走线中断,有效导热系数可能会下降,而这种情况在实际的 PCB 中时有发生。


3. 有效导热系数是否有利于进行准确的 PCB 热建模?


有效导热系数易于计算,因此是分析时的首选。该参数通常是基于同构的 PCB 模型。然而,PCB 很少是同构的,尤其是多层 PCB。每层的器件排列、走线、铜面、过孔和焊盘都可能不一样。


因此,从传统模型中推导有效导热系数会有一定的误差。为了更准确地估计有效导热系数,需要对 PCB 的每一层进行深入分析。然后对表面进行像素化分析,以便更好地进行预测。


PCB 有效导热系数的准确度取决于建模,而无论采用何种技术,建模的准确度都取决于使用的软件工具。


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(来源:Cadence楷登PCB及封装资源中心微信公众号)


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