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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:2019-05-26 / 人氣(qi): / 來源(yuan):scqhky.com

1.選材

PCB基材(cai)應(ying)根據焊接(jie)要求和印制(zhi)板(ban)(ban)基材(cai)的(de)耐熱性,選(xuan)擇耐熱性好、CTE(Coefficients of Thermal Expansion,熱膨脹(zhang)系數(shu))較(jiao)小(xiao)或與元(yuan)器件 CTE 相適應(ying)的(de)印制(zhi)板(ban)(ban)基材(cai),盡量減(jian)小(xiao)元(yuan)器件與印制(zhi)板(ban)(ban)基材(cai)之間的(de)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(gao)基材(cai)會變脆,機械加工(gong)性下降。故選材(cai)時要兼(jian)顧基材(cai)的綜合性能。

印制(zhi)板的(de)導線由于(yu)通過(guo)電流(liu)會引起溫(wen)(wen)升,故(gu)加上規定環境(jing)溫(wen)(wen)度(du)值后溫(wen)(wen)度(du)應不超過(guo)125℃,125℃是常用的(de)典型值,根據選用的(de)板材可(ke)能(neng)不同。由于(yu)元器件安(an)裝在印制(zhi)板上也發出(chu)一(yi)部分熱量,影響工作溫(wen)(wen)度(du),故(gu)選擇材料和印制(zhi)板設計時應考(kao)慮到這些(xie)因素,即(ji)熱點溫(wen)(wen)度(du)應不超過(guo) 125℃,盡可(ke)能(neng)選擇更厚(hou)一(yi)點的(de)覆銅箔。

隨著開關電源等電子功(gong)率(lv)產品(pin)(pin)的(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)型化,表面貼片(pian)元器件廣(guang)泛運(yun)用到這些產品(pin)(pin)中(zhong),這時散(san)熱(re)(re)片(pian)難于安裝(zhuang)到一些功(gong)率(lv)器件上。在這種情況下可選(xuan)擇鋁基、陶(tao)瓷基等熱(re)(re)阻小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)板材。可以(yi)選(xuan)擇鋁基覆銅板、鐵基覆銅板等金(jin)(jin)屬(shu)(shu)PCB作為功(gong)率(lv)器件的(de)(de)(de)載體,因為金(jin)(jin)屬(shu)(shu) PCB 的(de)(de)(de)散(san)熱(re)(re)性遠好于傳(chuan)統的(de)(de)(de)PCB,且可以(yi)貼裝(zhuang)SMD元器件。也可以(yi)采用一種銅芯PCB,該基板的(de)(de)(de)中(zhong)間層是銅板,絕緣層采用的(de)(de)(de)是高(gao)導(dao)熱(re)(re)的(de)(de)(de)環氧(yang)玻纖布黏結(jie)片(pian)或(huo)高(gao)導(dao)熱(re)(re)的(de)(de)(de)環氧(yang)樹脂,可以(yi)雙面貼裝(zhuang)SMD 元器件。大功(gong)率(lv) SMD 元器件可以(yi)將 SMD 自身的(de)(de)(de)散(san)熱(re)(re)片(pian)直接焊接在金(jin)(jin)屬(shu)(shu) PCB 上,利用金(jin)(jin)屬(shu)(shu)PCB中(zhong)的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)板來散(san)熱(re)(re)。

還有(you)一種鋁基(ji)板,在鋁基(ji)板與銅(tong)箔層(ceng)間的絕緣層(ceng)采用的是(shi)高導(dao)(dao)熱性的導(dao)(dao)熱膠,其導(dao)(dao)熱性要(yao)大(da)大(da)優于環氧(yang)玻(bo)纖布(bu)黏結片(pian)或高導(dao)(dao)熱的環氧(yang)樹脂,且導(dao)(dao)熱膠厚度可根據(ju)需要(yao)來(lai)設置。

熱膨脹對PCB的影響

2.CTE(熱膨脹系數)的匹配

在進(jin)行PCB設計(ji)時(shi),尤其(qi)是進(jin)行表(biao)面(mian)安裝用(yong)PCB的(de)(de)設計(ji)時(shi),首先應(ying)考慮材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)CTE匹(pi)(pi)配(pei)問題。IC封(feng)(feng)裝的(de)(de)基(ji)(ji)板有剛性(xing)有機(ji)封(feng)(feng)裝基(ji)(ji)板、撓性(xing)有機(ji)封(feng)(feng)裝基(ji)(ji)板、陶(tao)瓷(ci)封(feng)(feng)裝基(ji)(ji)板3類(lei)。采(cai)用(yong)模塑技術、模壓陶(tao)瓷(ci)技術、層壓陶(tao)瓷(ci)技術和層壓塑料(liao)(liao)4種方式進(jin)行封(feng)(feng)裝的(de)(de)IC,PCB基(ji)(ji)板用(yong)的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)主要有高溫(wen)環氧樹脂、BT樹脂、聚酞亞胺、陶(tao)瓷(ci)和難熔玻璃(li)等(deng)。由于IC封(feng)(feng)裝基(ji)(ji)板用(yong)的(de)(de)這些材(cai)(cai)料(liao)(liao)耐溫(wen)較高,X、Y方向(xiang)的(de)(de)熱(re)膨脹系數(shu)較低,故在選擇印制板材(cai)(cai)料(liao)(liao)時(shi)應(ying)了解元器件的(de)(de)封(feng)(feng)裝形(xing)式和基(ji)(ji)板的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao),并(bing)考慮元器件焊(han)接時(shi)工藝過程溫(wen)度的(de)(de)變化(hua)范圍,選擇熱(re)膨脹系數(shu)與之(zhi)相匹(pi)(pi)配(pei)的(de)(de)基(ji)(ji)材(cai)(cai),以降低由材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)熱(re)膨脹系數(shu)差異引起的(de)(de)熱(re)應(ying)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/℃,有的(de)(de)(de)器(qi)件基(ji)板(ban)(ban)(ban)材(cai)料采用與(yu)某些印制(zhi)板(ban)(ban)(ban)基(ji)材(cai)相同(tong)的(de)(de)(de)材(cai)料,如 PI、BT 和耐熱環氧樹脂等。不同(tong)材(cai)料的(de)(de)(de) CTE 值如下表。在(zai)選擇印制(zhi)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)基(ji)材(cai)時應盡量考慮使基(ji)材(cai)的(de)(de)(de)熱膨(peng)脹系數(shu)接近于器(qi)件基(ji)板(ban)(ban)(ban)材(cai)料的(de)(de)(de)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(de)深圳電(dian)(dian)子(zi)方案公(gong)司,主要設計電(dian)(dian)子(zi)產品包括工控、汽車(che)、電(dian)(dian)源、通信(xin)、安防、醫療電(dian)(dian)子(zi)產品開(kai)發。

公(gong)司核心業務(wu)是提供以工控(kong)電子(zi)、汽車電子(zi)、醫療電子(zi)、安防電子(zi)、消(xiao)費電子(zi)、通訊電子(zi)、電源電子(zi)等多領域(yu)的電子(zi)產品(pin)設計(ji)、方案開發及加工生產的一站式PCBA服(fu)務(wu),為滿(man)足不同客戶需求(qiu)可提供中小批量(liang)PCBA加工。

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作者:電子產品設計


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