在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，特別在電源應(yīng)用中，有兩個(gè)關(guān)注重點(diǎn)：效率和熱管理。效率決定了實(shí)際上有多少電量無(wú)損傳輸；熱管理則確保系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)保持可接受的溫度水平。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，熱管理是指將過(guò)多熱量從一處轉(zhuǎn)移另一處。傳統(tǒng)辦法是在產(chǎn)生過(guò)多熱量的特定部件上安裝外部散熱片。但是，如果PCB本身產(chǎn)生熱量，或者部件機(jī)械結(jié)構(gòu)不允許安裝散熱片，該怎么辦？

如果電流傳輸不當(dāng)，必然會(huì)轉(zhuǎn)化成熱能。必須消除這種熱能，才能避免設(shè)備溫度上升。如果降溫不充分，則可能對(duì)部件造成損害或縮短部件的壽命。 ? 就電子設(shè)備和 PCB而言，我們的目標(biāo)是從部件轉(zhuǎn)移走過(guò)多的熱量，在PCB內(nèi)部或兩側(cè)進(jìn)行散熱。為此，我們有時(shí)會(huì)結(jié)合被動(dòng)散熱方案，比如通過(guò)外部散熱片進(jìn)行通風(fēng)或使用冷卻液。

創(chuàng)新增加了對(duì)熱管理的需求近年來(lái)，對(duì)電子系統(tǒng)熱管理解決方案的需求穩(wěn)步增長(zhǎng)。NCAB 集團(tuán)（美國(guó)）的技術(shù)經(jīng)理Jeffrey Beauchamp?和NCAB集團(tuán)（意大利）的FAE工程師?Mario Cianfriglia?解釋了如何通過(guò)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新滿(mǎn)足散熱需求。 ? Jeffrey Beauchamp解釋道，“當(dāng)前，微型化是大勢(shì)所趨，電子產(chǎn)品和部件變得越來(lái)越小，印刷電路板也愈加緊湊。這使得應(yīng)用散熱片等傳統(tǒng)解決方案變得越來(lái)越困難，因?yàn)樗鼈冋紦?jù)空間太大。因此，人們必須另辟蹊徑，找到新辦法。” ? 設(shè)計(jì)師面臨的另一個(gè)新因素是電子產(chǎn)品需要執(zhí)行更多的功能、更快的運(yùn)算速度，那么就會(huì)產(chǎn)生更多的熱量。Mario Cianfriglia 指出，“簡(jiǎn)單來(lái)講，電子產(chǎn)品的小型化推動(dòng)了PCB的微型化。在這些元件上，每平方厘米（cm2）上的互聯(lián)點(diǎn)數(shù)量不斷增加。這都是為了容納最新一代0.4毫米或更小間距的BGA 部件，后者用于管理數(shù)字信號(hào)和電源信號(hào)?！?/p>

應(yīng)用的熱管理，新的挑戰(zhàn)Mario Cianfriglia 還強(qiáng)調(diào)，由于電子元件被使用在越來(lái)越多的應(yīng)用當(dāng)中，設(shè)計(jì)師面臨新的挑戰(zhàn)。 ? 他指出，“在有些情況下，熱管理可能會(huì)非常嚴(yán)格，例如能源行業(yè)、工業(yè)應(yīng)用或汽車(chē)行業(yè)，特別是電動(dòng)車(chē)。電信或雷達(dá)系統(tǒng)等更復(fù)雜的應(yīng)用也是如此?！?隨著5G（第五代移動(dòng)通訊）的不斷應(yīng)用，電子產(chǎn)品將包含越來(lái)越多的部件。這些部件的運(yùn)行速度越來(lái)越快，從而產(chǎn)生更多熱量。與此同時(shí)，還需要絕對(duì)確保 5G 應(yīng)用中的信號(hào)完整性。 ? Mario Cianfriglia 說(shuō)道，“這是最前沿的技術(shù)，信號(hào)完整性至關(guān)重要。PCB 目前能夠處理3 至 5 GHz 信號(hào)，但隨著5G功能的完善，它們 [必須]處理約 25 GHz 及更高頻信號(hào)。為確保在所有運(yùn)行條件下的信號(hào)完整性，我們必須掌握正確的熱管理。處理高頻信號(hào)的PCB在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮適當(dāng)?shù)膶盈B結(jié)構(gòu)、特殊原料、布線(xiàn)路徑、接地層、供電和信號(hào)?！?Jeffrey Beauchamp表示，“我們看到，熱管理的需求正開(kāi)始增長(zhǎng)；我認(rèn)為，這種需求可能會(huì)繼續(xù)增加，這有望帶來(lái)更先進(jìn)的新型技術(shù)?！?/p>

在某些情況下，熱管理可能會(huì)非常嚴(yán)格，例如能源行業(yè)、工業(yè)應(yīng)用或汽車(chē)行業(yè)，特別是電動(dòng)車(chē)。Mario Cianfriglia表示。

通過(guò)分析程序預(yù)防問(wèn)題在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人們使用各種技術(shù)識(shí)別與熱量有關(guān)的潛在問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)出特種軟件包用于預(yù)防性分析。重要的是，印刷電路板在設(shè)計(jì)階段便應(yīng)做到各方面尺寸正確。因此，人們必須了解部件的要求，根據(jù)它們?cè)谛盘?hào)和電源方面的需求確定走線(xiàn)和間距尺寸，并選擇適當(dāng)?shù)腻冦~和基材厚度?，F(xiàn)有許多用于預(yù)防性熱分析工具和軟件包，可以在設(shè)計(jì)層面確定各項(xiàng)尺寸。人們必須了解部件的需求，根據(jù)它們?cè)谛盘?hào)和電源方面的需求確定走線(xiàn)和間距尺寸，選擇適當(dāng)?shù)腻冦~重量或厚度，以及基材。 ? 對(duì)于簡(jiǎn)單的PCB，如果通過(guò)外觀(guān)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)明顯損傷，那么完全可歸因于電流。溫度升高會(huì)導(dǎo)致基板逐漸劣化，造成樹(shù)脂碳化。因此，在熱能積聚的區(qū)域早期可觀(guān)察到發(fā)黃現(xiàn)象。人們可以模擬PCBA 的運(yùn)行，用紅外攝像機(jī)檢查溫度超出允許范圍的區(qū)域。但到了這個(gè)階段，我們只能識(shí)別異常，而無(wú)法避免風(fēng)險(xiǎn)。* 我們的建議是在項(xiàng)目的前期階段就尋求PCB供應(yīng)商的支持，以便獲得設(shè)計(jì)建議，幫助設(shè)計(jì)師出色完成任務(wù)?！?，Mario Cianfriglia 說(shuō)道。

熱管理需求的驅(qū)動(dòng)因素

微型化，更緊湊的 PCB上聚集尺寸更小和數(shù)量更多的部件。

電子元件正被使用在越來(lái)越多的應(yīng)用。

部件運(yùn)行速度更快，因而產(chǎn)生熱量更多。

新技術(shù)需要處理更高頻信號(hào)和更高電能，產(chǎn)生更多熱量。

隨著5G的應(yīng)用，信號(hào)完整性變得更重要，增強(qiáng)了熱管理的必要性。

專(zhuān)家及早介入

Jeffrey Beauchamp表示，“真正聰明的設(shè)計(jì)師會(huì)在構(gòu)造電路板之前先進(jìn)行熱模擬，直觀(guān)了解可能遭遇的問(wèn)題。但是，許多公司沒(méi)有能力開(kāi)展復(fù)雜的熱能計(jì)算，也不具備必要的軟件。因此，他們只能簡(jiǎn)單地應(yīng)用最佳范例，只在問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)才會(huì)提出疑問(wèn)。他們有時(shí)會(huì)在執(zhí)行測(cè)試和檢測(cè)到熱能相關(guān)的問(wèn)題時(shí)向我們求助?！?/p>

大功率應(yīng)用的設(shè)計(jì)通常有散熱管理需求。我們建議根據(jù)NCAB設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)電路板，來(lái)確保其可制造性。用于多層板、HDI板、軟板/軟硬結(jié)合板和半軟板的設(shè)計(jì)指南，可點(diǎn)擊頁(yè)面左下角閱讀原文下載。

他建議應(yīng)該讓NCAB這樣的專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)及早參與設(shè)計(jì)流程，并表示，“這樣，我們或許能夠建議采用其他層疊方案或其他材料，快速?gòu)氐椎乇苊鈫?wèn)題。有時(shí)候，這樣做可能還不夠，我們還得引入更復(fù)雜的解決方案。但是，最好還是讓我們及早介入，因?yàn)橹匦轮谱骱蜏y(cè)試電路板可能會(huì)花費(fèi)許多時(shí)間和成本。NCAB始終強(qiáng)調(diào)從一開(kāi)始就做對(duì)。對(duì)熱管理問(wèn)題來(lái)說(shuō)，這點(diǎn)更加重要，因?yàn)檫@類(lèi)電路板的制造成本更高。開(kāi)始時(shí)選擇正確方案會(huì)節(jié)省大量時(shí)間和金錢(qián)，避免不必要的麻煩。”
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