在當今快節奏的世界, 電子設備的尺寸迅速縮小，同時功能不斷擴展. 為了跟上這個趨勢, PCB 的設計也必須變得更加緊湊. 想像一下一塊小電路板承載著各種 電子元件, 它們都產生熱量. 如果不採取有效的熱管理措施, 設備的正常運作和使用壽命將受到影響. 實現 PCB 最佳熱管理的最有效方法之一是連接 PCB 散熱器. 在本文中, 我們將全面介紹這個重要的組件, 包括它的材料, 工作原理, 應用場景, 選用指南, 等等.
什麼是PCB散熱器?
PCB散熱器是一種被動式熱管理元件, 通常由金屬製成, 一種具有高 導熱係數. 其主要作用是透過熱傳導吸收和散發印刷電路板上電子元件產生的熱量, 從而將設備溫度保持在安全工作範圍內並防止損壞或性能下降.
PCB散熱片材料
製作電路板散熱器常用材料如下:
- 鋁: 鋁是最常見的散熱器材料. 它重量輕且具有相對較高的導熱性. 更重要的是, 它比其他散熱材料便宜, 所以被廣泛使用.
- 銅:它具有比鋁更高的導熱率, 但成本較高. 因此它經常被用來製造高性能應用的散熱器.
- 鋁合金: 各種鋁合金可提供改進的機械性能，並可進行客製化以滿足特定的導熱性要求, 力量, 和耐腐蝕性.
- 石墨: 石墨, 雖然不是金屬, 具有較高的導熱率，可用於PCB散熱器, 特別是在重量是關鍵問題的應用中.
- 陶瓷: 特別適用於對電氣絕緣有要求的場合, 除了散熱之外. 雖然陶瓷通常不像金屬那樣導熱.
下面我們列出一個圖表，從不同方面對這些材料進行比較:
| 材料 | 導熱係數(寬/米) | 成本 | 重量 | 電氣絕緣 | 常見應用 |
| 鋁 | 〜205 | 低的 | 光 | 不 | 一般使用, 廣泛適用 |
| 銅 | 〜385 | 高的 | 重的 | 不 | 高效能應用 |
| 鋁合金 | 多變的 (〜120-220) | 緩和 | 光 | 不 | 需要特定機械性質的應用 |
| 石墨 | 〜150-400 (各向異性) | 中高 | 很輕 | 不 | 重量關鍵型應用 |
| 陶瓷 | 多變的 (20-200) | 中高 | 緩和 | 是的 | 需要電氣絕緣 |
PCB 散熱器如何運作?
PCB 散熱器的基本工作原理取決於熱傳導原理, PCB 元件產生的熱量有效傳遞到散熱器, 專為此目的設計的組件. PCB 上的元件在運作過程中經常產生熱量, 創造高溫區域. 散熱器, 設計為具有低 熱阻, 充當熱橋, 將熱量從組件中帶走. 它通常具有較大的表面積, 經常增加鰭, 促進熱量有效傳遞到周圍空氣.
電路板散熱器連接方法
PCB散熱器可以透過多種方式安裝在PCB上, 包括:
熱熔膠: 簡單有效, 熱黏合劑 (貼或膠帶) 提供永久的紐帶, 適用於許多應用，但使未來的調整具有挑戰性.
按大頭針: 非常適合固定較大的散熱器, 圖釘可透過 PCB 提供牢固的附著力，並且比黏合劑更容易移除.
夾子和支架: 這些提供了安全的, 免工具配件，方便需要拆卸或調整散熱器的應用.
螺絲安裝: 提供持久的連接, 螺絲需要在 PCB 上有孔或支架，但可以使安裝和拆卸變得簡單.
卡扣式: 適用於更輕的散熱器, 卡扣式配件可快速且無需工具的安裝和拆卸.
熱環氧樹脂: 與黏合劑類似，但黏合力更強, 導熱環氧樹脂是永久性的，並具有出色的導熱性.
焊錨: 用於高可靠性應用, 將散熱器直接焊接到 PCB 可確保最大的耐用性和熱效率，而且是永久性的.
情況 w ^這裡 PCB 散熱器 是 用過的
當我們設計PCB時, 我們如何判斷是否需要使用散熱器? 以下是PCB散熱器通常使用的情況:
- 當電路板設計使用CPU等處理器時, GPU 與 MPU, 通常需要散熱器.
- 是否有電源調節器等功率元件, 功率放大器和電源, 電路板散熱器是必要的. 因為這些組件往往會散發出更多的熱量.
- 當PCB上元件過多且過於密集時, 將會產生更多的熱量. 在這種情況下, 我們還需要使用散熱器來降低組件的溫度.
- 根據PCB的最終應用考慮是否需要散熱器. 例如, PCB在高溫環境下使用時, 散熱器也是不可或缺的.
PCB 散熱器設計技巧
只有設計合適的散熱器才能達到最大的熱管理. 這裡我們提供一些基本的 PCB 散熱器設計技巧:
- 材料選擇
鋁的重量較輕，價格相對較低, 而銅則具有卓越的導熱性. 所以, 選擇散熱器材料時, 我們需要綜合考慮它們的特性，包括導熱性, 成本, 重量, 等等. - 表面積最大化
設計散熱器時, 您可以透過使用鰭片或引腳來增加電路板散熱器的表面積以增強散熱. 這是因為這樣的設計可以讓更多的空氣流過散熱器, 從而更有效地去除熱量. - 氣流優化
設計散熱器佈局和定位，以利用設備內的自然或強制氣流. 翅片的方向應與氣流方向一致，以最大限度地散熱. - 空間限制
確保 PCB 上有足夠的空間安裝散熱器至關重要. 例如, 在有高度限制的場景中, 選擇薄型散熱器可以促進高效散熱，而不會突破這些空間邊界. - 模擬與測試
完成散熱器設計後, 我們需要使用熱模擬軟體來預測散熱器在各種工作條件下的性能, 確保它能夠達到設計的性能.
結論
PCB 散熱器可有效散發式電路板上組件產生的多餘熱量，進而提升電子設備的可靠性與使用壽命. 透過這個博客, 我們的目標是分享設計電路板散熱器的行業領先實踐, 為您的專案提供寶貴的見解. 作為擁有多年PCB領域經驗的業界專家, MOKO科技精通各類PCB的設計與製造. 如果您對 PCB 熱管理還有其他疑問, 或想要得到 高品質PCB設計服務 來自我們, 請 聯繫我們 現在.
