散热不良是功率电路失效的常见原因?优化贴片功率电阻的PCB布局,正是提升系统可靠性的关键杠杆!
一、 理解热量传导路径
热量主要通过PCB铜箔和导热孔散发。布局设计直接影响热阻大小。
* 铜箔厚度至关重要
常规1oz(35μm)铜箔热阻较高。建议采用2oz(70μm)或更厚铜箔作为散热主通道。(来源:IPC-2152, 2020)
* 导热孔(Thermal Via)是桥梁
在电阻焊盘下方或临近区域密集布置导热孔,连接顶层和底层铜箔,显著扩大散热面积。避免仅在焊盘中心放置单个孔。
二、 PCB布局优化核心技巧
精妙的布局能最大限度利用PCB的散热能力。
2.1 扩大焊盘与铜箔面积
- 在符合电气安全间距前提下,设计比标准推荐更大的焊盘。
- 围绕电阻焊盘铺设大面积连续覆铜(铜浇注),形成“散热翼”。
- 避免使用散热阻焊层(Solder Mask)覆盖关键散热铜箔区域。
2.2 优化元件间距与位置
- 确保功率电阻与邻近发热元件(如MOSFET、电感)保持足够距离,减少热耦合效应。
- 优先将功率电阻放置在PCB边缘或空气流通较好的区域,避免藏于密闭空间或大元件阴影下。
- 考虑强制风冷风向,使电阻长边与气流方向平行。
2.3 多层板散热策略
- 在内层电源/地层复制顶层散热铜箔图案,并通过导热孔阵列连接。
- 利用整层铜箔作为散热层,导热孔均匀分布至该层。
- 避免散热路径中存在隔热层(如丝印层、阻焊层)或空气间隙阻断。
三、 验证与注意事项
设计完成后,需验证散热效果并规避常见陷阱。
* 热成像分析是金标准
使用红外热像仪测量实际工作温度分布,验证散热设计有效性。(来源:行业通用实践)
* 仿真工具辅助设计
可利用热仿真软件在布局阶段预测温度场,优化导热孔分布和铜箔形状。
* 警惕热应力隐患
过大的温度梯度可能导致焊点疲劳开裂。确保散热设计均匀性,避免局部过热点。
* 焊接工艺影响
焊料量不足(虚焊)或过多(热阻增加)都会影响散热。遵循推荐的钢网开孔设计。
