PCB的铜皮面积、铜皮厚度、板材材质、PCB层数都影响到模块的散热。常用的板材FR4(环氧树脂)是很好的导热材料,PCB上元器件的热量可以通过PCB散热。特殊应用情况下,也有采用铝基板或陶瓷基板等热阻更小的板材。
PCB的布局布线也要考虑到模块的散热:
(1) 发热量大的元件要避免扎堆布局,不要哪里“热”闹,就往哪里凑,尽量保持板面热量均匀分布;
(2) 热敏感的元件尤其应该“哪边凉快哪边去”;
(3) 必要时采用多层PCB;
(4) 功率元件背面敷铜平面散热,并用“热孔”将热量从PCB的一面传到另一面。热孔的孔径应很小,大约0.3mm左右,热孔的间距一般为1mm~1.2mm。功率元件背面敷铜平面加热孔的方法,可以起到很好的散热效果,降低功率元件的表面温升。如图 3所示,上面两图为没有采用此方法时,MOS管表面温度和背面PCB的温度;下面两图为采用“背面敷铜平面加热孔”方法后,MOS管表面温度和背面铜平面的温度。可以看出:
a) MOS管表面温度由98.0℃降低了22.5℃;
b) MOS管与背面的铜平面的温差大大减小,热孔的传热性能良好。
图3 背面敷铜加热孔的散热效果
热设计时,还须注意:对于宽压输入的电源模块,高压输入和低压输入的发热点和热量分布完全不同,需全面评估。短路保护时的发热点和热量分布也要评估。
在灌封类电源模块中,灌封胶是一种良好的导热的材料。模块内部元件的表面温升会进一步降低。即便如此,我们仍要测试高温环境下内部元件的表面温升,来确保模块的可靠性。