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PCB廠設(shè)計(jì)進(jìn)階：PCB熱設(shè)計(jì)優(yōu)化

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人氣：259發(fā)布日期：2025-03-11 09:49【大中小】

對(duì)于硬件工程師而言，PCB 設(shè)計(jì)水平直接影響電子產(chǎn)品的性能與穩(wěn)定性。本文將聚焦一些容易被忽視卻又至關(guān)重要的方面，助力硬件工程師進(jìn)一步提升 PCB 設(shè)計(jì)技能。

線路板布局設(shè)計(jì)

①高功率發(fā)熱元件是否放置在靠近 PCB 邊緣或通風(fēng)口等易于散熱的區(qū)域？可利用 CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）模擬軟件，分析不同放置位置的空氣流動(dòng)與散熱效果，從而確定最佳位置。

②發(fā)熱元件之間是否保持足夠的間距以避免熱量聚集？可依據(jù)熱仿真分析結(jié)果，設(shè)定合適的間距值，保證熱量有效散發(fā)。發(fā)熱器件應(yīng)盡可能分散布置，使得單板表面熱耗均勻，有利于散熱。

③敏感元件是否遠(yuǎn)離發(fā)熱元件？通過(guò)熱影響區(qū)域分析，確定敏感元件與發(fā)熱元件之間的安全距離。不要使熱敏感器件或功耗大的器件彼此靠近放置，使得熱敏感器件遠(yuǎn)離高溫發(fā)熱器件，常見(jiàn)的熱敏感的器件包括晶振、內(nèi)存、CPU等。

電路板上要把熱敏感元器件安排在最冷區(qū)域。對(duì)自然對(duì)流冷卻設(shè)備，如果外殼密封，要把熱敏感器件置于底部，其它元器件置于上部；如果外殼不密封，要把熱敏感器件置于冷空氣的入口處。對(duì)強(qiáng)迫對(duì)流冷卻設(shè) 備，可以把熱敏感元器件置于氣流入口處。

④ 參考板內(nèi)流速分布特點(diǎn)進(jìn)行器件布局設(shè)計(jì)，在特定風(fēng)道內(nèi) 面積較大的單板表面流速不可避免存在不均勻問(wèn)題，流速大的區(qū)域有利于散熱，充分考慮這一因素進(jìn)行布局設(shè)計(jì)將會(huì)使單板獲得較優(yōu)良的散熱設(shè)計(jì)。

⑤對(duì)于通過(guò)PWB散熱的器件，由于依靠的是PWB的整體面積來(lái)散熱，因此即使器件處于局部風(fēng)速低的區(qū)域內(nèi)，也并不一定會(huì)有散熱問(wèn)題，在進(jìn)行充分熱分析驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，沒(méi)有必要片面要求單板表面風(fēng)速均勻。

⑥當(dāng)沿著氣流來(lái)流方向布置的一系列器件都需要加散熱器時(shí)，器件盡量沿著氣流方向錯(cuò)列布置，可以降低上下游器件相互間的影響。如無(wú)法交錯(cuò) 排列，也需要避免將高大的元器件（結(jié)構(gòu)件等）放在高發(fā)熱元器件的上方。

⑦對(duì)于安裝散熱器的器件，空氣流經(jīng)該器件時(shí)會(huì)產(chǎn)生繞流，對(duì)該器件兩側(cè)的器件會(huì)起到換熱系數(shù)強(qiáng)化作用；對(duì)該器件下游的器件，換熱系數(shù)可能會(huì)加強(qiáng)，也可能會(huì)減弱，因此對(duì)于被散熱器遮擋的器件需要給出特別關(guān)注。

⑧注意單板風(fēng)阻均勻化的問(wèn)題：?jiǎn)伟迳掀骷M量分散均勻布置，避免沿風(fēng)道方向留有較大的空域，從而影響單板元器件的整體散熱效果。

PCB廠講在電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，芯片和其他元件會(huì)產(chǎn)生熱量，如果熱量不能有效散發(fā)，會(huì)導(dǎo)致元件性能下降甚至損壞。在布局時(shí)，要將發(fā)熱量大的元件（如功率芯片、大功率電阻等）放置在利于散熱的位置，比如靠近進(jìn)風(fēng)口，或者風(fēng)速較大的位置。同時(shí)，要避免將對(duì)溫度敏感的元件（如晶體振蕩器、某些傳感器）放置在發(fā)熱元件附近，防止其性能受溫度影響。

例如，在設(shè)計(jì)一款工業(yè)控制板時(shí)，將功率 MOSFET 集中放置在 PCB 邊緣，并在其下方設(shè)置大面積的散熱銅箔，同時(shí)在銅箔上添加過(guò)孔，形成 “熱過(guò)孔”，有效增強(qiáng)了散熱效果。通過(guò)這種方式，該控制板在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)載運(yùn)行下，關(guān)鍵元件的溫度仍能保持在合理范圍內(nèi)，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，穩(wěn)定的溫度環(huán)境對(duì)信號(hào)完整性也有積極影響。過(guò)熱可能導(dǎo)致元件參數(shù)漂移，進(jìn)而影響信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性，良好的熱管理能為信號(hào)的穩(wěn)定傳輸提供基礎(chǔ)條件。

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