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赌博默示录第一季:PCB设计中关于热管理的问题分析

? 2018年06月21日 07:17 ? 次阅读

揭秘微信赌博群 www.b03i.com.cn 我记得第一次(也是唯一的一次)我的一个电路着火了。它从电阻开始噗的一声冒烟并迅速传播到附近的电容。幸运的是,破坏很小,大部分元件都可以挽救。也许你会问为什么会这样?是不是发生了短路?其实很简单,我没有考虑PCB上的高电流。我记得那是我刚参加工作的时候,在某研究所为船舶用高压共轨电喷系统开发电控单元和喷嘴驱动系统。着火部位位于继电器开关的MOS管驱动电路。幸亏当时我是在面包板上搭建驱动???,其中选用的一个电阻功率不够。

PCB设计中关于热管理的问题分析

我需要一个1到2瓦的大个电阻,结果当时手头没有,就随便拿了个常用的四分之一瓦同样阻值电阻试试。结果一上电就噗的一声烧黑掉了!吓死人啊亲娘的,非常感谢当时的领导,和蔼可亲地说:“没关系,你们电子专业可以大胆尝试,允许犯错,不断改进。不像我们是机械和内燃机专业,多人大系统,犯错成本高,改动不方便。”这种鼓励是跨行业领导的魅力,闪闪发光!

PCB设计中关于热管理的问题分析

上图为色环电阻的型号,功率及大小。

PCB设计中关于热管理的问题分析

上图为各种不同功率大小的电阻实物图。

言归正传。随着电子产品继续小型化,随着更多功能被装入更小的设备,这些系统的散热需求也随之增加。在高电流下工作的PCB尤其如此。特别是负载重的电源系统,例如电动汽车中使用的锂离子电池,需要集成在PCB上的电源管理系统。以及大电流的驱动电路,都需要着重考虑散热。设计师需要实施创意策略来管理大电流PCB中产生的热量。

承载大电流的电路中功耗损失所产生的热量应梳离发热器件以对抗温升。大家都可能熟悉电脑处理器上使用的风扇和散热片。这些措施都可以从电路板转移热量,并与流通的空气交换热量。但在某些PCB器件中,尤其是小尺寸器件,可能无法安装风扇或散热片。这就需要考虑其它的散热途径。

PCB设计中关于热管理的问题分析

PCB设计中关于热管理的问题分析

采用更厚的铜用于大电流

铜走线和过孔的电阻会导致基于PCB的器件发生显着的功率损耗和发热,特别是当它们承载大电流时。 具有较大横截面积的电气连接具有较低的电阻,这减少了热量损失的量。

大多数PCB使用的铜量相当于约1盎司每平方英尺。 当不方便使用风扇或散热片的时候,可以采取增加铜厚的方式。一个高电流的PCB应该使用至少两倍的铜量。 工作电流超过10安培的电路应该高达3或4盎司每平方英尺。

PCB板的铜厚都是用oz来计算,1oz意思是1平方英尺的面积上平均铜箔的重量在28.35g,oz是单位ounce的缩写,音译为“盎司”,它是英制计量单位,作为重量单位时也称为英两。它是用单位面积的重量来表示铜箔的平均厚度。用公式来表示即,1OZ=28.35g/ FT2。

重量单位:1oz=28.35g(克) 1盎司=16打兰(dram) 16盎司=1磅(pound)

换算方法介绍:铜箔的重量除以铜的密度和表面积即为铜箔厚度。

1平方英尺=929.0304平方厘米,铜密度=8.9kg/dm^3

设Copper厚为X,解方程:

X*929.0304平方厘米*8.9克/立方厘米=1oz=28.35克 X=0.0034287厘米=34.287um

所以1oz=34.287um。1OZ铜箔的厚度约为35um或者1.35mil。

PCB设计中关于热管理的问题分析

上图为1oz的铜厚PCB上通过电流与导线宽度的曲线表。供参考。

使用更大量的铜就需要增加PCB上走线的宽度。 为了避免占用太大空间区域,导线也可以更深地嵌入放置在电路板中。比如放置导铜条。 这也有助于将热量散发到电路板本身和任何附近的散热孔中。 当然,这可能需要使用较厚的电路板,此种情况适用于大电流设备。

使用散热孔和散热垫片

发热器件周围的空气如果没有流动就不能有效地疏通并发散热量。 而使用散热孔可以将热量从电路板中的关键电子元件转移出去。 散热通孔是电路板顶层和底层之间的良好导热元件。 热量可以通过简单的传导转移到散热通孔,然后散热通孔可以将热量从关键电子元器件疏散开来。

散热垫片一般是安装在电路板底层的一块金属板。 散热孔将热量从电路板本身的最热点传递出去后,必须到其他位置以进一步从电路板最热点发散热量。 一般情况下,散热孔将热量传递到散热垫片进行大面积散热。

下图为在大电流下运行的PCB板的红外图像:

PCB设计中关于热管理的问题分析

高功率器件的布局

像微控制器这样的高电流电子元件会产生大量的热量。 将这些元件安装在电路板的中心位置附近是个好主意。

如果元件安装在电路板边缘附近,则其产生的热量会累积,局部温度会非常高。 但是,如果元件安装在电路板的中间部分,热量会扩散到整个电路板中,电路板的温度将会降低。

多个高功率元件应分散布局在整个电路板上,而不是集中在一个位置。 如果器件的外形尺寸能够允许的情况下,甚至可以将不同的元件分开布局到不同的PCB板。 在元件布局的时候要权衡再三,因为它一方面关系到整个电路板的功能实现,一方面考虑到散热和机械匹配,另外还要考虑到可能会对您的制造预算产生的影响。

PCB设计中关于热管理的问题分析

采用更厚的板

当元器件在极端温度下运行时,其电气连接,元件和电路板本身的寿命都会相应缩短。计算机硬件行业已经用冷却风扇减少了这个问题的风险。但是当风扇不起作用时,大部分热量直接进入电路板和周围的元器件。这时如果电路板很薄,一切都会升温到很高的温度。

较厚的电路板在整体温度被升高时将会需要更多的热能。这样较厚的电路板有助于保持电路板顶部的温度较低。如果电路板直接安装到外壳上,可以将热量传导到设备的外部。但是这种解决方案有可能会使得生产加工成本更高。所以在应用的时候需要适当权衡。

下面给大家看一下我们之前做的部分硬件中采用的不同板厚。

PCB设计中关于热管理的问题分析

上图为物联网项目中使用的Wifi???,采用0.6mm板厚。

PCB设计中关于热管理的问题分析

上图是用于FPGA硬件开发的JTAG-USB适配器,以及其他信号转换???,非大电流高发热电路。采用1.0mm板厚。板上子板作为类似器件的小???,开半孔,边缘镀金包边,整块板作为??楹附拥侥赴迳?。子板和母板都是1.0mm板厚。

PCB设计中关于热管理的问题分析

上图是常规电源板1.6mm板厚。这个1.6mm是一般板厂的默认厚度,如果没有特殊说明,就默认为此1.6mm。而且加工费用1.6mm是临界点。1.6mm以内不另外加特殊板厚附加费。

PCB设计中关于热管理的问题分析

上图为带有Wifi??榭芍悄茉冻炭刂瓶氐牡缭床遄?。母板电源板采用2.0mm板厚。2.0mm为加厚板制造工艺。该板厚即考虑到小空间大电流高发热的情况。

要采用的最佳散热策略取决于许多因素。并非所有设计或外形因素都可以适应上述所有策略。例如,散热垫片不适用于双面印刷电路板。如果电路板上有大量元件,其中一些元件将不可避免地要被放置在电路板的边缘附近。

AlTIum Designer软件工具提供相应的热管理方面的高级功能,可以让您可视化PCB中潜在的发热点。 强大的PDN分析工具使设计人员能够识别可能导致高电流设备故障的故障部位。有兴趣可与AlTIum的专家取得联系,了解更多信息。

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工程师画PCB的时候遇到一些连接器件

单声道耳机插座也可以用作输入。要注意的是A为地,B应该接输入端,而F端应该接地。在没有耳机接头接入的...

发表于 2018-05-30 08:43 ? 830次阅读
工程师画PCB的时候遇到一些连接器件

任天堂优化手柄PCB 解决Joy-Con连接问题

任天堂提交了一份关于新型号Joy-Con手柄的FCC认证文档,里面还附带了新手柄的照片。从照片上看新...

发表于 2018-05-29 15:43 ? 411次阅读
任天堂优化手柄PCB 解决Joy-Con连接问题

C&K Components 推出新的、...

全球领先的触摸开关、摇杆开关、摇摆开关和高可靠性连接器制造商 C&K Components 推出了新...

发表于 2018-05-29 11:13 ? 124次阅读
C&K Components 推出新的、...

国巨千元关前宣布停牌 再度震撼市场

千元关前宣布停牌,国巨再度震撼市??!被动组件大厂国巨昨日涨停、收在974元,盘后向证交所申请停牌交易...

发表于 2018-05-28 14:31 ? 563次阅读
国巨千元关前宣布停牌 再度震撼市场

过来人谈模拟电子学习历程

时光总在不经意间流逝,似白驹过隙。这学期开学以来一直比较忙吧,各种事项夹杂在一起,五月份弄完了论文,...

发表于 2018-05-28 11:22 ? 563次阅读
过来人谈模拟电子学习历程

基于LED的电子生日蜡烛电路设计

这个电路产生了一套基于LED的电子生日蜡烛。这种蜡烛与吹灭蜡制蜡烛一样具有相同的乐趣,并且它是可重复...

发表于 2018-05-27 06:37 ? 586次阅读
基于LED的电子生日蜡烛电路设计

从最大车用PCB厂台湾敬鹏大火分析软性透明导电膜...

1.全球最大车用PCB厂台湾敬鹏大火,5名消防员殉职; 2.软性电子产品崛起 软性透明导电膜跃居关键...

发表于 2018-05-26 09:46 ? 1789次阅读
从最大车用PCB厂台湾敬鹏大火分析软性透明导电膜...

上拉电阻阻值选择及应用原则

对于驱动TTL集成电路,上拉电阻的阻值要用1~10K之间的,有时候电阻太大的话是拉不起来的,因此用的...

发表于 2018-05-26 09:16 ? 1163次阅读
上拉电阻阻值选择及应用原则

一文详解高速PCB的EMC设计原则

本文主要介绍了高速PCB的EMC设计原则,首先介绍了PCB设计的EMC基础知识,其次阐述了PCB中E...

发表于 2018-05-25 15:58 ? 461次阅读
一文详解高速PCB的EMC设计原则

PCB为什么要运用含磷的铜球_磷铜球在PCB中的...

本文主要介绍的是PCB的磷铜球,首先介绍了PCB电镀铜为什么要运用含磷的铜球,其次阐述了磷铜球在PC...

发表于 2018-05-25 15:40 ? 204次阅读
PCB为什么要运用含磷的铜球_磷铜球在PCB中的...

如何画双层pcb板_PCB双层板的布线原则

PCB板是重要的电子部件,是所有电子元器件的母体,从上世初开始出现到现在也变得越来越复杂,从单层到双...

发表于 2018-05-25 15:19 ? 421次阅读
如何画双层pcb板_PCB双层板的布线原则

单片机的一生如同人类

一阵铃声吵醒你(wake up,激活),你感觉很饿,于是大哭(Alarm Ring),父母马上来喂你...

发表于 2018-05-25 15:13 ? 747次阅读
单片机的一生如同人类

新一代的空气能加热泵工作原理,空气源热泵到底有多...

电热棒老化、电热棒?;げ愀?、氧化、引起漏电、短路等是工厂引发火灾的最大隐患?;毓死昀词Щ鸸こУ幕?..

发表于 2018-05-25 15:03 ? 1060次阅读
新一代的空气能加热泵工作原理,空气源热泵到底有多...

浅谈iPhoneX双层PCB和双电池设计及其必要...

iphonex还首次采用了iPhoneX双层PCB和双电池设介绍双电池的设计,首先跟随小编来了解一下...

发表于 2018-05-25 15:00 ? 450次阅读
浅谈iPhoneX双层PCB和双电池设计及其必要...

PCB技术发展综述_pcb技术前景分析

本文首先分别介绍了中国、全球、日本、美国PCB的发展现状,其次阐述了PCB的技术变化及市场趋势,最后...

发表于 2018-05-25 09:48 ? 317次阅读
PCB技术发展综述_pcb技术前景分析

微波频段纳米金属薄膜的表面电阻的大讲解

由于微波频段存在趋肤效应,导致微波器件导体内的电流通常集中在表面微米级的厚度内,这是大家所熟知的概念...

发表于 2018-05-25 09:43 ? 107次阅读
微波频段纳米金属薄膜的表面电阻的大讲解

PCB设计高速模拟输入信号走线方法及规则

本文主要详解PCB设计高速模拟输入信号走线,首先介绍了PCB设计高速模拟输入信号走线方法,其次阐述了...

发表于 2018-05-25 09:06 ? 572次阅读
PCB设计高速模拟输入信号走线方法及规则

开关电源SCH版图的设计与开关电源PCB版图的设...

印制线路板根据其层数的多少,可以分为:单面板、双面板和多层板。2.1 单层板对于一块电路板来说,已经...

发表于 2018-05-25 08:54 ? 1221次阅读
开关电源SCH版图的设计与开关电源PCB版图的设...

PCB板变形的危害_PCB变形的原因_PCB变形...

本文首先介绍了PCB板变形的危害,其次分析了产生PCB板变形的原因,最后阐述了如何改善PCB变形的措...

发表于 2018-05-24 18:01 ? 377次阅读
PCB板变形的危害_PCB变形的原因_PCB变形...

PCB为什么要把导电孔塞孔_pcb设计之导电孔塞...

随着电子产品向“轻、薄、短、小”方向发展,PCB也向高密度、高难度发展,因此出现大量SMT、BGA的...

发表于 2018-05-24 17:24 ? 168次阅读
PCB为什么要把导电孔塞孔_pcb设计之导电孔塞...

PCB冲孔常见的十大瑕疵_PCB冲孔有瑕疵的解决...

本文主要介绍了PCB冲孔常见的十大瑕疵以及解决办法,分别有毛刺、铜箔面孔口周围凸起、孔口铜泊向上翻起...

发表于 2018-05-24 16:40 ? 223次阅读
PCB冲孔常见的十大瑕疵_PCB冲孔有瑕疵的解决...

布局PCB智能制造,研华共享平台方案齐出

如上所述,实现智能制造的首要任务是为现场设备添增联网功能。为此,TPCA积极推动SECS/GEM规范...

发表于 2018-05-24 16:30 ? 1076次阅读
布局PCB智能制造,研华共享平台方案齐出

高层线路板在生产中遇到的主要加工难点

由于传统曝光机的解析能力在50μm左右,对于高层板生产制作,可以引进激光直接成像机(LDI),提高图...

发表于 2018-05-23 17:30 ? 613次阅读
高层线路板在生产中遇到的主要加工难点

崇达技术专注于PCB小批量板,为该细分行业领先

目前,公司的产能利用率高,几乎处于超负荷生产状态。通过江门崇达和大连崇达技改项目,公司能有效的提高生...

发表于 2018-05-23 17:24 ? 834次阅读
崇达技术专注于PCB小批量板,为该细分行业领先

PCB上镀金与镀银是否有差别?

PCB表面需要焊接元件,就要求有一部分铜层暴露在外用于焊接。这些暴露在外的铜层被称为焊盘,焊盘一般都...

发表于 2018-05-23 17:21 ? 758次阅读
PCB上镀金与镀银是否有差别?

一文了解pcb贴装元器件焊盘设计规范

PCB焊盘元件通过PCB上的引线孔,用焊锡焊接固定在PCB上,印制导线把焊盘连接起来,实现元件在电路...

发表于 2018-05-23 15:47 ? 135次阅读
一文了解pcb贴装元器件焊盘设计规范

PCB信号完整性有哪几步_如何确保PCB设计信号...

本文首先介绍了PCB信号完整性的问题,其次阐述了PCB信号完整性的步骤,最后介绍了如何确保PCB设计...

发表于 2018-05-23 15:08 ? 557次阅读
PCB信号完整性有哪几步_如何确保PCB设计信号...

有源晶振的EMC设计

原理图设计要点:(1)、晶振电源去耦非常重要,建议加磁珠,去耦电容选两到三个,容值递减。(2)、时钟...

发表于 2018-05-22 16:03 ? 656次阅读
有源晶振的EMC设计

五层做硬件的境界

能创新,能够在已有电路或者方案之上,做出创新产品;或者在某个技术领域能够实现技术先进性,做出的产品有...

发表于 2018-05-22 11:01 ? 557次阅读
五层做硬件的境界

设计PCB电路板,需要学习哪些科目?pcb板设计...

本文首先介绍了PCB设计的一般原则,其次介绍了设计PCB电路板需要学习的一些科目,最后详细介绍了详细...

发表于 2018-05-22 10:46 ? 898次阅读
设计PCB电路板,需要学习哪些科目?pcb板设计...

最详细的发光二极管电阻计算方法与电阻接法举例

本文首先介绍了发光二极管原理及其特性,其次介绍了发光二极管电阻计算方法,最后介绍了用两个例子说明了发...

发表于 2018-05-21 15:05 ? 899次阅读
最详细的发光二极管电阻计算方法与电阻接法举例

零欧电阻的使用方法

元件选用过程中,会看到阻值为零的电阻。那么问题来了!既然电阻阻值为零,那么它还叫电阻吗?如果电阻近似...

发表于 2018-05-21 14:37 ? 408次阅读
零欧电阻的使用方法

PCB专用油墨市场需求增长,中国成为PCB行业第...

全球 PCB 产业重心向亚洲转移,中国成为PCB行业的第一制造大国。 2008年至2016年,美洲、...

发表于 2018-05-21 14:35 ? 1211次阅读
PCB专用油墨市场需求增长,中国成为PCB行业第...
  • 池莉:她构建了一座叫“生活”的城 2018-12-13
  • GreatNews The Intelligent RSS Reader 2018-12-13
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