PCB热导率及其重要性
PCB热导率及其重要性
PCB的导热系数是其传导热量的能力. 具有较低热导率的材料允许较低的热传递率. 另一方面, 具有高导热性的材料允许更高的热传递率. 例如, 金属在导热方面非常有效，因为它们具有高导热性. 这就是为什么我们经常在需要散热的应用中使用它们. 然而, 导热系数低的材料适用于需要隔热的应用. 在本文中, 我们将看看 PCB 的导热性以及它如何影响它们的性能.
各种材料的PCB热导率
在这个部分, 我们来看看各种PCB材料的导热系数.
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环氧树脂和眼镜 (FR4, 聚四氟乙烯, 和聚酰亚胺)
我们主要使用FR4进行PCB的批量生产. 然而, 在这种情况下, 与替代材料相比，PCB 热导率非常低. 所以, 大多数制造商必须使用多种热管理技术和方法来将 PCB 及其有源组件的温度保持在安全的操作范围内.
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陶瓷 (氧化铝, 氮化铝, 和氧化铍)
陶瓷比环氧树脂和玻璃具有更高的导热性. 然而, 这种更高的导热性伴随着更高的制造成本. 这是因为陶瓷具有机械韧性，因此很难通过机械或激光对其进行钻孔. 所以, 陶瓷PCB的多层制造变得困难.
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金属 (铜和铝)
我们主要使用铝来制作金属芯PCB. 金属比环氧树脂具有更高的导热性 & 眼镜，他们有合理的制造成本. 所以, 它们对于需要暴露于热循环和需要散热的应用非常有效. 金属芯本身就可以实现高效的散热和散热，因此我们不需要额外的工艺和机制. 所以, 制造成本趋于下降.
| 材料 | 导热系数 (W /(米·K)) | |
| 环氧树脂和玻璃 | FR4 | 0.3 |
| 聚四氟乙烯 | 0.25 | |
| 聚酰亚胺 | 0.12 | |
| 陶瓷 | 氧化铝 | 28-35 |
| 氮化铝 | 140-180 | |
| 氧化铍 | 170-280 | |
| 金属 | 铝 | 205 |
| 铜 | 385 | |
印刷电路板 与传统 PCB 相比具有高导热性
- 与低热导率材料（如 FR4）相比，具有高热导率的材料（如陶瓷和金属）可实现更好的散热.
- 导热系数低的材料需要通孔和通板孔来散热.
- 所以, 在 PCB 导热率低的材料的情况下，制造步骤往往会增加.
- 所以, 制造过程变得复杂，成本趋于增加.
- 另一方面, 具有高 PCB 热导率的材料不需要额外的工艺和机制来散热或散热.
- 因此, PCB热导率低的材料的制造步骤和成本往往会降低.
- 具有高 PCB 热导率的材料不允许定位热应力. 这是因为热量很容易通过它们，压力无法集中在一处.
- 所以, 结构是热稳定的，这些板往往有更长的寿命.
- 相比下, PCB 热导率低的材料会阻碍热量的流动，因此它们允许应力局部化.
- 所以, 它们的热稳定性低，因此寿命较短.
- 由于具有高导热性的材料不需要过孔，因此有更多的空间来安装组件.
- 因此, 高导热PCB更致密，体积更小.
- 这使我们能够制造更小、更高效的 PCB.
- 已确定的事实是，具有高导热性的材料也具有高导电性. 所以, 使用PCB热导率高的材料更有利.
- 具有高导热性的材料也具有稳定的 CTE. 这意味着它们显示出理想的热膨胀特性. 这使我们能够制造出具有热稳定性和尺寸稳定性的 PCB.
- 由于具有高导热性的材料具有热稳定性，因此我们可以在极端应用中使用它们，因为我们确信它们不会发生热降解.
通过 PCB 导热系数散热
我们生活在一个可以进行微电子封装和集成技术的时代. 所以, 电子设备整体功率密度稳步上升. 然而, 电子设备和电子元件的物理尺寸正在稳步减小. 所以, 产生的热量瞬间被隔离，导致整个电子系统解离或解体.
然而, 电子设备的热流密度也在增加, 高温环境也会影响电子设备的性能. 因此, 我们需要一个更有效的计划来建立热控制, 我们需要正面解决散热问题，以开辟PCB制造的新途径.
解决方案
工程师提出了一些解决热管理问题的策略. 这些包括,
- 增加PCB的导热性以改善散热
- 使用能够承受更高工作温度的材料. 我们可以通过提高热分解温度来做到这一点.
- 提高材料对其环境和热循环的热适应能力. 我们可以通过提高 CTE 来做到这一点.
其中最有效的策略是使用具有高导热性的材料来对抗散热. 这是因为这些材料可以实现平稳的热传递，并且热量永远不会聚集在一个地方. 因此, 热量一产生就离开系统，不会损坏电路板. 只有当热流受阻并开始累积时才会出现问题. 在这种情况下, 它会导致热应力并损坏 PCB. 这就是为什么不建议在高端应用中使用低 PCB 热导率的材料的原因.
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