SMT印制电路板热设计探讨
SMT印制电路板热设计探讨
随着微电子技术的发展，表面贴装器件应用也已经很普遍，SMT的技术已也相当成熟。目前高密度表面贴装器件的引脚间距一般小于0.5mm，印制板的布线密度亦越来越密，一般线径为0.1-0.3mm，间距为0.2-0.3mm，将向0.05-0.1mm线径和0.1mm间距发展；多层板也将向20层以上发展。印制电路板的组装密度的提高，必然增加了单位面积的耗散功率的增加，形成了印制板的热量的高度集中。个别器件和元器件的温度增加，将影响电路工作的稳定性和可靠性，其主要危害表现为：
1）电子元器件在一定温度范围的交变达到一定的热应力循环次数后，元器件也会因热疲劳而失效。
2）温度的变化会引起电子器件的工作性能的改变。如晶体管的电流放大倍数的随温度的变化，将引起工作点的漂移，引起系统工作的不稳定，降低器件的寿命和可靠性。
3）组件的温度值过高，将造成印制板基板的电性能和机械性能恶化，严重时引起印制板发黑甚至烧穿。如，环氧玻璃纤维的玻璃转化温度为1250C，热膨胀系数（CTE）为13-18ppm/0C;FR-6环氧玻璃纤维印制板的最高连续温度规定为1050C.
4）温度的升高使印制板或组件的吸湿，吸尘能力加强，电化学反应的速度加快，印制板防腐蚀、抗静电能力降低等。
因此，电子设备的热设计是工程设计人员值得研究的一门重要学科内容，热设计的研究成果已广泛的运用到电子产品中。本文仅针对SMT印制板的设计中一些具体热设计措施和方法进行探讨和归纳，供工程设计人员参考。
二，SMT印制板热设计
1．SMT印制板基材的选择
SMT印制电路板的基材选择取决于对基材的要求，一般情况下应分析的参数包括：热膨胀系数、玻璃转变温度、热导性、拉升模量、抗弯强度、介电常数、体电阻、表面电阻、吸潮性以及成本核算、电性能要求以及布线密度等。综合这些内容后，选择一种性价比合理的印制板基材。下表1给出了目前常用的PCB基材的类型和连续工作状态下的最高温度值：
表1：PCB基材类型和最高连续温度
PCB基板类型
XXXP
XXXPC
G-10
G-11
FR-2
FR-3
FR-4
FR-5
FR-6
聚酸亚胺
GT
GX
最高连续温度（°C）
125
125
130
170
105
105
130
170*
105
260
220
220
*170°C下电性能下降，180°C时机械性能下降。
应该引起注意的是，表中所列出的基材的连续高温仅是我们考虑选择印制板基材的基础，实际情况是加工好的印制
板的热性能可能会有很大的差别。印制板的设计（例如印制板尺寸、金属量的多少和分布、层数等）对印制板的热性能均有很大的影响。因此，重视印制板的设计对热性能的改善取到了至关重要的作用。
2，引起SMT印制板温升的原因浅析
引起印制板温升的直接原因是由于电路功耗器件的存在，任何电子器件均不同程度的存在功耗，因功耗的大小不同，发热强度不同。印制板中温升的二种现象：1）局部温升或大面积温升，2）短时温升或长时间温升。
在分析PCB热功耗时，一般可以从以下几个方面来分析：
A,电气上功耗分析：1）分析单位面积上的功耗；2）分析PCB板上功耗的分布。
B,印制板的结构上分析：1）印制板的尺寸；2）印制板的材料。
C,印制板的安装方式：1）安装方式（如垂直安装，水平安装）；2）密封情况和离机壳的距离。
D,热辐射：1）印制板表面论文范文http://www.chuibin.com 的辐射系数；2）印制板与相邻表面之间的温差和他们的绝对温度；
E,热传导：1)安装散热器；2）其他安装结构件的传导。
F,热对流：1）自然对流；2）强迫冷却对流。
从PCB上述各因素的分析是解决SMT印制板的温升的有效途径，往往在一个产品和系统中这些因素是互相关联和依赖的，大多数因素应根据实际情况来分析，只有针对某一具体实际情况才能比较正确地计算或估算出温升和功耗等参数。限于专业和篇幅问题，下面仅对SMT印制板设计时的热设计布局进行阐述。
三，SMT印制板的热设计基本原则和计算方法
在分析电路和其它热因素的情况下，考虑SMT印制板布线时，应遵循的基本原则是：
1，避免PCB上的热点的集中，尽可能地将功率均匀地分布在PCB板上，保持PCB表面温度性能的均匀和一致。
往往设计过程中要达到严格的均匀分布是较为困难的，但一定要避免功率密度太高的区域，以免出现过热点影响整个电路的正常工作。如果有条件的话，进行印制电路的热效能分析是很有必要的，如现在一些专业PCB设计软件中增加的热效能指标分析软件模块，可以帮助设计人员优化电路设计。
2，将最高功耗和发热最大的器件布置在散热最佳位置附近。
3，不要将发热较高的器件放置在印制板的角落和四周边缘，除非在它的附近安排有散热装置。
4，在设计功率电阻时尽可能选择大一些的器件，且在调整印制板布局时使之有足够的散热空间。
5，高热耗散器件在与基板连接时应尽能减少它们之间的热阻。
6，为了更好地满足热特性要求，在芯片底面可使用一些热导材料（如涂抹一层导热硅胶），并保持一定的接触区域供器件散热。