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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: / 來源:www.189hi.cn

1.選材

PCB基(ji)材(cai)應(ying)根(gen)據焊接要求和印制板(ban)基(ji)材(cai)的(de)(de)耐(nai)熱性,選(xuan)擇耐(nai)熱性好(hao)、CTE(Coefficients of Thermal Expansion,熱膨脹系數(shu))較小(xiao)或與(yu)元器件(jian) CTE 相(xiang)適應(ying)的(de)(de)印制板(ban)基(ji)材(cai),盡量減(jian)小(xiao)元器件(jian)與(yu)印制板(ban)基(ji)材(cai)之間的(de)(de)CTE相(xiang)對(dui)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(ji)材會(hui)變脆,機械加(jia)工(gong)性下降。故選(xuan)材時要兼顧(gu)基(ji)材的綜合(he)性能。

印制板(ban)(ban)的導線由于通(tong)過(guo)電流(liu)會(hui)引起溫(wen)升,故(gu)加上(shang)規(gui)定環(huan)境溫(wen)度值(zhi)后溫(wen)度應不(bu)超過(guo)125℃,125℃是常用(yong)的典型值(zhi),根據選(xuan)用(yong)的板(ban)(ban)材可(ke)能(neng)不(bu)同。由于元器(qi)件安裝(zhuang)在印制板(ban)(ban)上(shang)也發出一部分熱(re)量,影(ying)響(xiang)工(gong)作溫(wen)度,故(gu)選(xuan)擇(ze)材料和印制板(ban)(ban)設計時應考慮到這些因素(su),即熱(re)點溫(wen)度應不(bu)超過(guo) 125℃,盡可(ke)能(neng)選(xuan)擇(ze)更厚一點的覆銅(tong)箔。

隨著(zhu)開關電(dian)源等電(dian)子功(gong)率(lv)產(chan)品的(de)(de)(de)(de)小型化,表面(mian)貼(tie)(tie)片元(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)廣泛(fan)運用到(dao)這(zhe)(zhe)(zhe)些產(chan)品中(zhong),這(zhe)(zhe)(zhe)時散熱(re)片難(nan)于安裝(zhuang)到(dao)一些功(gong)率(lv)器(qi)(qi)(qi)件(jian)上(shang)(shang)。在這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)情況下可選擇(ze)鋁基(ji)(ji)、陶瓷基(ji)(ji)等熱(re)阻小的(de)(de)(de)(de)板材。可以(yi)選擇(ze)鋁基(ji)(ji)覆(fu)銅(tong)板、鐵(tie)基(ji)(ji)覆(fu)銅(tong)板等金屬(shu)PCB作為(wei)功(gong)率(lv)器(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)載體,因(yin)為(wei)金屬(shu) PCB 的(de)(de)(de)(de)散熱(re)性遠(yuan)好(hao)于傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)PCB,且可以(yi)貼(tie)(tie)裝(zhuang)SMD元(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)。也(ye)可以(yi)采(cai)用一種(zhong)銅(tong)芯(xin)PCB,該基(ji)(ji)板的(de)(de)(de)(de)中(zhong)間層是(shi)銅(tong)板,絕緣(yuan)層采(cai)用的(de)(de)(de)(de)是(shi)高(gao)(gao)導(dao)熱(re)的(de)(de)(de)(de)環氧玻纖布黏(nian)結(jie)片或高(gao)(gao)導(dao)熱(re)的(de)(de)(de)(de)環氧樹脂(zhi),可以(yi)雙面(mian)貼(tie)(tie)裝(zhuang)SMD 元(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)。大功(gong)率(lv) SMD 元(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)可以(yi)將 SMD 自身的(de)(de)(de)(de)散熱(re)片直接(jie)(jie)焊接(jie)(jie)在金屬(shu) PCB 上(shang)(shang),利用金屬(shu)PCB中(zhong)的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)板來散熱(re)。

還有一種鋁基板,在鋁基板與銅箔層間的(de)絕緣層采用的(de)是高(gao)導(dao)熱性的(de)導(dao)熱膠,其導(dao)熱性要大大優于環氧玻纖布黏(nian)結片或高(gao)導(dao)熱的(de)環氧樹脂,且(qie)導(dao)熱膠厚度可根據需要來設置。

熱膨脹對PCB的影響

2.CTE(熱膨脹系數)的匹配

在(zai)進行PCB設計時(shi),尤其是進行表面(mian)安裝(zhuang)用(yong)PCB的(de)(de)設計時(shi),首先應(ying)考慮材(cai)料的(de)(de)CTE匹(pi)配問(wen)題(ti)。IC封(feng)(feng)裝(zhuang)的(de)(de)基板(ban)(ban)有(you)剛(gang)性有(you)機封(feng)(feng)裝(zhuang)基板(ban)(ban)、撓性有(you)機封(feng)(feng)裝(zhuang)基板(ban)(ban)、陶(tao)(tao)瓷(ci)封(feng)(feng)裝(zhuang)基板(ban)(ban)3類。采用(yong)模塑技術(shu)、模壓(ya)(ya)陶(tao)(tao)瓷(ci)技術(shu)、層(ceng)壓(ya)(ya)陶(tao)(tao)瓷(ci)技術(shu)和層(ceng)壓(ya)(ya)塑料4種方(fang)式(shi)進行封(feng)(feng)裝(zhuang)的(de)(de)IC,PCB基板(ban)(ban)用(yong)的(de)(de)材(cai)料主(zhu)要(yao)有(you)高溫環氧樹(shu)脂、BT樹(shu)脂、聚酞亞胺(an)、陶(tao)(tao)瓷(ci)和難熔玻璃(li)等。由(you)于(yu)IC封(feng)(feng)裝(zhuang)基板(ban)(ban)用(yong)的(de)(de)這些材(cai)料耐溫較(jiao)高,X、Y方(fang)向(xiang)的(de)(de)熱膨(peng)脹系數(shu)較(jiao)低,故在(zai)選(xuan)擇(ze)印制板(ban)(ban)材(cai)料時(shi)應(ying)了(le)解元(yuan)器件的(de)(de)封(feng)(feng)裝(zhuang)形(xing)式(shi)和基板(ban)(ban)的(de)(de)材(cai)料,并考慮元(yuan)器件焊(han)接(jie)時(shi)工(gong)藝(yi)過程溫度的(de)(de)變化范(fan)圍,選(xuan)擇(ze)熱膨(peng)脹系數(shu)與之相匹(pi)配的(de)(de)基材(cai),以降低由(you)材(cai)料的(de)(de)熱膨(peng)脹系數(shu)差異引起的(de)(de)熱應(ying)力(li)。

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(de)(de)器(qi)件(jian)基(ji)板材(cai)(cai)料(liao)采用(yong)與某(mou)些印制板基(ji)材(cai)(cai)相同的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao),如 PI、BT 和耐熱(re)(re)環氧(yang)樹脂等。不同材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de) CTE 值如下(xia)表。在選擇印制板的(de)(de)基(ji)材(cai)(cai)時應盡量考慮使(shi)基(ji)材(cai)(cai)的(de)(de)熱(re)(re)膨脹系數(shu)接(jie)近于器(qi)件(jian)基(ji)板材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)熱(re)(re)膨脹系數(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(shen)圳電子(zi)方(fang)案公(gong)司,主要設計電子(zi)產(chan)(chan)品包括(kuo)工(gong)控(kong)、汽車、電源、通信、安防、醫療電子(zi)產(chan)(chan)品開(kai)發(fa)。

公司核(he)心業務是提供(gong)以工(gong)控電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)、汽車電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)、醫(yi)療電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)、安防電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)、消費(fei)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)、通訊電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)、電(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)等多領(ling)域的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)產品設計、方案(an)開(kai)發及加(jia)工(gong)生(sheng)產的(de)一(yi)站式PCBA服務,為(wei)滿足(zu)不同客戶需求(qiu)可提供(gong)中小批量PCBA加(jia)工(gong)。

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作者:電子產品設計


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