PCB提升熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵策略
良好的熱穩(wěn)定性能夠確保電子設(shè)備在各種工作條件下可靠運(yùn)行,延長設(shè)備的使用壽命。
材料選擇與搭配
選擇合適的 PCB 材料是提升熱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)等熱特性參數(shù)差異較大。在疊層設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)優(yōu)先選用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料作為內(nèi)層和外層,如金屬芯 PCB 材料(如鋁基板、銅基板等),這些材料能夠快速將熱量傳導(dǎo)出去,降低 PCB 表面和內(nèi)部的溫度。同時(shí),要確保相鄰層的材料熱膨脹系數(shù)相匹配,避免因熱膨脹不一致導(dǎo)致的層間分層、斷裂等問題。例如,在多層 PCB 設(shè)計(jì)中,可將高導(dǎo)熱的芯材置于中間層,外層采用玻璃纖維環(huán)氧樹脂等材料,既保證了良好的散熱性能,又兼顧了機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能。
合理的疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
增加散熱層數(shù)量
在六層板設(shè)計(jì)中,可在適當(dāng)位置增加散熱層,如在電源層和地層之間添加一層導(dǎo)熱良好的散熱層。這層散熱層能夠?qū)㈦娫磳雍偷貙赢a(chǎn)生的熱量快速傳導(dǎo)并擴(kuò)散出去,降低電源層和地層的溫度,減少熱量對信號(hào)層的影響。例如,在一些高功率密度的電源管理電路的六層板設(shè)計(jì)中,增加散熱層后,電源層的溫度顯著降低,電源信號(hào)的穩(wěn)定性得到明顯提升。
優(yōu)化信號(hào)層與電源層、地層的布局
合理布置信號(hào)層與電源層、地層的位置關(guān)系,能夠有效減少熱量對信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽⒏咚傩盘?hào)層盡量靠近地層放置,因?yàn)榈貙泳哂辛己玫碾姎夥€(wěn)定性和屏蔽作用,能夠減少高速信號(hào)受到外界熱量和電磁干擾的影響,同時(shí)也有助于高速信號(hào)的完整性。而將低速信號(hào)層可以適當(dāng)靠近電源層,便于電源的分配和供電。例如,在六層板設(shè)計(jì)中,可將頂層設(shè)為高速信號(hào)層,緊鄰其下的第二層設(shè)為地層;第三層為電源層,第四層為低速信號(hào)層,第五層為另一地層,底層為輔助信號(hào)層。這樣的布局有助于形成良好的散熱路徑和電氣性能。
制造工藝與熱穩(wěn)定性
控制層壓工藝參數(shù)
PCB 的層壓工藝對疊層的熱穩(wěn)定性至關(guān)重要。在層壓過程中,要嚴(yán)格控制溫度、壓力和時(shí)間等參數(shù),確保各層材料充分粘合,避免層間出現(xiàn)氣泡、空隙等缺陷。這些缺陷會(huì)破壞散熱路徑,降低疊層的熱導(dǎo)率,使熱量在局部積累,導(dǎo)致過熱。例如,層壓溫度過高或過低都可能導(dǎo)致材料性能下降,影響疊層的熱穩(wěn)定性。一般根據(jù)所選材料的特性和制造商的建議,確定合適的層壓工藝參數(shù),以保證疊層的高質(zhì)量和高可靠性。
優(yōu)化阻焊層設(shè)計(jì)
阻焊層是 PCB 表面的重要保護(hù)層,但不合理的阻焊層設(shè)計(jì)可能會(huì)阻礙熱量的散發(fā)。在設(shè)計(jì)阻焊層時(shí),要避免在散熱關(guān)鍵區(qū)域過度覆蓋阻焊油墨,如在大功率器件的焊盤和散熱孔周圍,應(yīng)適當(dāng)開窗,露出部分金屬表面,以便熱量能夠直接傳導(dǎo)到空氣中。同時(shí),選擇低吸熱、高導(dǎo)熱的阻焊材料,也能提高 PCB 的熱穩(wěn)定性。例如,一些新型的阻焊材料具有較低的熱阻和較好的散熱性能,能夠有效降低 PCB 表面溫度。
熱穩(wěn)定性測試與評估
在完成 PCB 疊層設(shè)計(jì)后,進(jìn)行熱穩(wěn)定性測試是必不可少的環(huán)節(jié)。常用的熱穩(wěn)定性測試方法包括熱循環(huán)測試、熱沖擊測試和加速壽命測試等。通過這些測試,可以模擬 PCB 在實(shí)際工作環(huán)境中可能遇到的各種溫度變化情況,評估疊層設(shè)計(jì)在高溫、低溫和溫度變化條件下的性能和可靠性。根據(jù)測試結(jié)果,對疊層設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,如調(diào)整材料搭配、增加散熱結(jié)構(gòu)等,以不斷提高 PCB 的熱穩(wěn)定性。例如,在熱循環(huán)測試中發(fā)現(xiàn)某疊層設(shè)計(jì)在多次溫度循環(huán)后出現(xiàn)層間分層現(xiàn)象,通過分析問題原因,調(diào)整層壓工藝參數(shù)和材料選擇,重新進(jìn)行測試,直至達(dá)到滿意的熱穩(wěn)定性要求。
技術(shù)資料