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電子產品開發線路板散熱設計基材選擇方法

日期(qi):2019-05-26 / 人氣(qi): / 來(lai)源:189hi.cn

1.選材

PCB基材應根據焊接要求和印(yin)制板基材的耐(nai)熱(re)性,選擇耐(nai)熱(re)性好、CTE(Coefficients of Thermal Expansion,熱(re)膨脹系(xi)數)較(jiao)小(xiao)或(huo)與元器(qi)件 CTE 相適應的印(yin)制板基材,盡量(liang)減小(xiao)元器(qi)件與印(yin)制板基材之間(jian)的CTE相對差。

基材的玻璃化轉變溫度(Tg)是衡量基材耐熱性的重要參數之一,一般基材的 Tg 低,熱膨脹系數就大,特別是在 Z 方向(板的厚度方向)的膨脹更為明顯,容易使鍍覆孔損壞;基材的 Tg高,一般膨脹系數小,耐熱性相對較好,但是 Tg過高基材(cai)會變脆,機械加(jia)工性下降。故選材(cai)時(shi)要(yao)兼(jian)顧基材(cai)的綜合(he)性能。

印(yin)制(zhi)板(ban)(ban)的導線由(you)于通過(guo)(guo)電流會(hui)引起溫(wen)升(sheng),故加上(shang)規定環境溫(wen)度值后溫(wen)度應不超過(guo)(guo)125℃,125℃是常用(yong)的典(dian)型值,根據選用(yong)的板(ban)(ban)材(cai)可(ke)能不同。由(you)于元(yuan)器件安(an)裝在印(yin)制(zhi)板(ban)(ban)上(shang)也發出一(yi)部分熱量,影響工(gong)作溫(wen)度,故選擇(ze)材(cai)料和印(yin)制(zhi)板(ban)(ban)設(she)計時應考慮到這些因素,即熱點溫(wen)度應不超過(guo)(guo) 125℃,盡可(ke)能選擇(ze)更厚一(yi)點的覆銅(tong)箔。

隨著開(kai)關電源等(deng)電子功(gong)(gong)率產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)小型化,表面貼片(pian)(pian)元(yuan)器(qi)件廣泛運用到這些產(chan)品(pin)中(zhong),這時(shi)散熱(re)(re)片(pian)(pian)難于(yu)安裝到一些功(gong)(gong)率器(qi)件上(shang)。在這種情況(kuang)下可(ke)(ke)選(xuan)擇鋁(lv)基、陶瓷(ci)基等(deng)熱(re)(re)阻小的(de)(de)(de)板(ban)(ban)(ban)材。可(ke)(ke)以選(xuan)擇鋁(lv)基覆(fu)銅板(ban)(ban)(ban)、鐵基覆(fu)銅板(ban)(ban)(ban)等(deng)金(jin)屬PCB作為(wei)功(gong)(gong)率器(qi)件的(de)(de)(de)載體,因為(wei)金(jin)屬 PCB 的(de)(de)(de)散熱(re)(re)性遠好于(yu)傳統的(de)(de)(de)PCB,且可(ke)(ke)以貼裝SMD元(yuan)器(qi)件。也(ye)可(ke)(ke)以采用一種銅芯(xin)PCB,該(gai)基板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)中(zhong)間層(ceng)是銅板(ban)(ban)(ban),絕緣層(ceng)采用的(de)(de)(de)是高導熱(re)(re)的(de)(de)(de)環(huan)氧(yang)(yang)玻纖布(bu)黏結片(pian)(pian)或高導熱(re)(re)的(de)(de)(de)環(huan)氧(yang)(yang)樹脂(zhi),可(ke)(ke)以雙面貼裝SMD 元(yuan)器(qi)件。大功(gong)(gong)率 SMD 元(yuan)器(qi)件可(ke)(ke)以將 SMD 自身的(de)(de)(de)散熱(re)(re)片(pian)(pian)直接焊接在金(jin)屬 PCB 上(shang),利(li)用金(jin)屬PCB中(zhong)的(de)(de)(de)金(jin)屬板(ban)(ban)(ban)來散熱(re)(re)。

還有一種鋁基板(ban),在鋁基板(ban)與(yu)銅箔層間的(de)(de)絕緣層采用的(de)(de)是高(gao)導(dao)(dao)熱(re)性的(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)膠,其導(dao)(dao)熱(re)性要大(da)大(da)優于環氧(yang)玻纖布黏結片或高(gao)導(dao)(dao)熱(re)的(de)(de)環氧(yang)樹(shu)脂,且導(dao)(dao)熱(re)膠厚度可根據需要來設置(zhi)。

熱膨脹對PCB的影響

2.CTE(熱膨脹系數)的匹配

在進(jin)行(xing)(xing)PCB設(she)計時,尤其是進(jin)行(xing)(xing)表面安(an)裝(zhuang)用(yong)(yong)PCB的(de)(de)設(she)計時,首(shou)先應考(kao)(kao)慮材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)CTE匹(pi)配問題。IC封裝(zhuang)的(de)(de)基(ji)(ji)板(ban)有剛性有機(ji)封裝(zhuang)基(ji)(ji)板(ban)、撓性有機(ji)封裝(zhuang)基(ji)(ji)板(ban)、陶(tao)瓷(ci)(ci)封裝(zhuang)基(ji)(ji)板(ban)3類。采用(yong)(yong)模塑技術(shu)、模壓陶(tao)瓷(ci)(ci)技術(shu)、層壓陶(tao)瓷(ci)(ci)技術(shu)和層壓塑料(liao)4種(zhong)方(fang)式進(jin)行(xing)(xing)封裝(zhuang)的(de)(de)IC,PCB基(ji)(ji)板(ban)用(yong)(yong)的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)主(zhu)要有高(gao)溫(wen)環氧樹脂、BT樹脂、聚酞亞胺、陶(tao)瓷(ci)(ci)和難熔玻璃等。由于IC封裝(zhuang)基(ji)(ji)板(ban)用(yong)(yong)的(de)(de)這些(xie)材(cai)(cai)料(liao)耐溫(wen)較高(gao),X、Y方(fang)向的(de)(de)熱膨(peng)(peng)脹(zhang)系數(shu)較低(di),故(gu)在選擇(ze)印制板(ban)材(cai)(cai)料(liao)時應了解元器(qi)(qi)件的(de)(de)封裝(zhuang)形(xing)式和基(ji)(ji)板(ban)的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao),并考(kao)(kao)慮元器(qi)(qi)件焊接時工藝過(guo)程溫(wen)度的(de)(de)變化范圍,選擇(ze)熱膨(peng)(peng)脹(zhang)系數(shu)與(yu)之相匹(pi)配的(de)(de)基(ji)(ji)材(cai)(cai),以降低(di)由材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)熱膨(peng)(peng)脹(zhang)系數(shu)差(cha)異引起的(de)(de)熱應力。

采用陶瓷基板封裝的元器件的 CTE 典型值為 5~7×10−6/℃,無引線陶瓷芯片載體LCCC 的 CTE 范圍是 3.5~7.8×10−6/℃,有(you)的器件基(ji)板(ban)材料(liao)(liao)采用(yong)與某些(xie)印制板(ban)基(ji)材相同(tong)的材料(liao)(liao),如(ru) PI、BT 和(he)耐熱環(huan)氧樹脂等。不同(tong)材料(liao)(liao)的 CTE 值如(ru)下表。在選(xuan)擇(ze)印制板(ban)的基(ji)材時(shi)應盡量考慮使基(ji)材的熱膨(peng)脹系數(shu)接近于(yu)器件基(ji)板(ban)材料(liao)(liao)的熱膨(peng)脹系數(shu)。

不同PCB線路板基材的CTE(熱膨脹系數)值
材料 CTE范圍(×10−6/℃)
散熱片用鋁板 20~24
17~18.3
環氧E玻璃布 13~15
BT樹脂—E玻璃布 12~14
聚酰亞胺—E玻璃布 12~14
氰酸酯—E玻璃布 11~13
氰酸酯—S玻璃布 8~10
聚酰亞胺E玻璃布及銅—因瓦—銅 7~11
非紡織芳酰胺/聚酰亞胺 7~8
非紡織芳酰胺/環氧 7~8
聚酰亞胺石英 6~10
氰酸酯石英 6~9
環氧芳酰胺布 5.7~6.3
BT—芳酰胺布 5.0~6.0
聚酰亞胺芳酰胺布 5.0~6.0
銅—因瓦—銅12.5/75/12.5 3.8~5.5

【格亞信電子】是專業從事電子產品設計、電子方案開發、電子產品PCBA加工的深圳電(dian)子(zi)方案公(gong)司,主(zhu)要(yao)設計電(dian)子(zi)產品(pin)包括工(gong)控(kong)、汽車(che)、電(dian)源、通信、安防、醫療電(dian)子(zi)產品(pin)開發。

公司核(he)心(xin)業務是提供(gong)以工控電(dian)子、汽車電(dian)子、醫療電(dian)子、安防電(dian)子、消費電(dian)子、通訊電(dian)子、電(dian)源電(dian)子等多領域的(de)電(dian)子產(chan)品設計、方(fang)案開發及加工生(sheng)產(chan)的(de)一站式PCBA服務,為滿足不同客戶需求可提供(gong)中小批量PCBA加工。

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作者:電子產品設計


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