首先給出答案,對于散熱,并非銅皮面積越大越好,銅皮較薄時更是如此。
使用1平方英寸以上的銅皮面積來散熱性價比已經(jīng)不高,但對于2oz或更厚的敷銅板,銅面積可增大到3平方英寸(兩面均如此)。超過以上限制,則需使用外部散熱器。功率器件表面與大氣的實(shí)際熱阻大約為30℃/W。即IC內(nèi)部每消耗1W溫度升高 30℃。可利用下面經(jīng)驗(yàn)公式求出所需銅皮面積
式中,P的單位為W,Rth為熱阻,單位為℃/W。
下面舉例說明,假設(shè)功耗為1.5W。要求即使在最惡劣環(huán)境溫度(即55℃)時,器件溫升也不能超過 100℃(不能超過 PCB安全溫度)。這樣,所求熱阻應(yīng)為
因此,所需銅皮面積為
若該面積為方形,則邊長應(yīng)為 6.79^0.5 = 2.6in。只要能保證該面積,也可將其布成矩形或其他形狀。注意,由于所需面積超過1平方英寸,需要使用2oz板。2oz板可以更方便考慮功率器件散熱,能夠空出更大銅皮區(qū)域有利于自然對流散熱。
其次應(yīng)該了解熱量并非都是從銅皮表面散失掉的。常用于SMT(表面處理技術(shù))的板材粘層為環(huán)氧樹脂F(xiàn)R4,它是很好的導(dǎo)熱材料。安裝器件一面的產(chǎn)熱可通過上述材料傳遞到板的另一面,該表面接觸空氣可幫助降低熱阻。因此即使在板的另外一面設(shè)置銅平面,同樣也有散熱效果,但只可以減小10%~20%的熱阻。
注意該“背面”的銅平面并不需要與散熱器件同電位,它可以是公共地的銅平面。還有一種可大幅減小熱阻(約50% ~ 70%)的方法,它利用一排小過孔(也稱“熱孔”)將器件的產(chǎn)熱從PCB的一面?zhèn)鞯搅硪幻妗H羰褂脽峥祝淇讖綉?yīng)很小(內(nèi)徑0.3mm~0.33mm),這樣可在過孔鍍過程中將它們填滿。熱孔太大會在波峰焊時產(chǎn)生“焊芯”,從而使孔中吸人大量焊錫,易使孔附近器件產(chǎn)生虛焊點(diǎn)。
對散熱區(qū)域,熱孔的“間距”(熱孔中心距)一般為1mm~1.2mm。功率器件的周邊,甚至散熱片下方都可以設(shè)置這類熱孔網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)散熱。
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