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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(lai)源:www.scqhky.com

1.選材

PCB基材(cai)應根據(ju)焊接要求和印制(zhi)板基材(cai)的耐熱性(xing),選擇耐熱性(xing)好、CTE(Coefficients of Thermal Expansion,熱膨脹(zhang)系(xi)數(shu))較小(xiao)或與(yu)元器件 CTE 相(xiang)適應的印制(zhi)板基材(cai),盡量減小(xiao)元器件與(yu)印制(zhi)板基材(cai)之間的CTE相(xiang)對差。

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(gao)基(ji)材會變(bian)脆,機械加(jia)工性下降。故(gu)選材時(shi)要兼顧基(ji)材的綜合性能。

印(yin)制板(ban)的導線由(you)于(yu)通過(guo)電流(liu)會(hui)引起溫(wen)升(sheng),故加上規(gui)定(ding)環境溫(wen)度(du)值(zhi)后溫(wen)度(du)應不超過(guo)125℃,125℃是常(chang)用(yong)的典型值(zhi),根據選用(yong)的板(ban)材可能(neng)不同。由(you)于(yu)元器件安裝在(zai)印(yin)制板(ban)上也發出一(yi)部分熱量(liang),影響工作(zuo)溫(wen)度(du),故選擇(ze)材料(liao)和印(yin)制板(ban)設計時應考慮到這些因素,即熱點溫(wen)度(du)應不超過(guo) 125℃,盡可能(neng)選擇(ze)更厚一(yi)點的覆銅箔。

隨著開關電(dian)源(yuan)等電(dian)子功(gong)率產品(pin)的(de)小型(xing)化,表面貼片(pian)元器(qi)(qi)件廣泛運用(yong)到這些產品(pin)中,這時(shi)散(san)熱片(pian)難于安裝到一(yi)些功(gong)率器(qi)(qi)件上。在這種(zhong)(zhong)情況下可選擇鋁(lv)基、陶瓷(ci)基等熱阻小的(de)板(ban)材。可以選擇鋁(lv)基覆(fu)銅板(ban)、鐵(tie)基覆(fu)銅板(ban)等金屬(shu)PCB作為功(gong)率器(qi)(qi)件的(de)載體,因為金屬(shu) PCB 的(de)散(san)熱性(xing)遠(yuan)好于傳統的(de)PCB,且可以貼裝SMD元器(qi)(qi)件。也可以采用(yong)一(yi)種(zhong)(zhong)銅芯PCB,該基板(ban)的(de)中間層(ceng)是(shi)銅板(ban),絕緣(yuan)層(ceng)采用(yong)的(de)是(shi)高導熱的(de)環氧玻纖布黏(nian)結片(pian)或高導熱的(de)環氧樹脂,可以雙面貼裝SMD 元器(qi)(qi)件。大功(gong)率 SMD 元器(qi)(qi)件可以將 SMD 自身的(de)散(san)熱片(pian)直接焊接在金屬(shu) PCB 上,利用(yong)金屬(shu)PCB中的(de)金屬(shu)板(ban)來(lai)散(san)熱。

還有一種(zhong)鋁基板(ban),在鋁基板(ban)與銅箔層間的絕(jue)緣層采用的是(shi)高導熱(re)(re)性(xing)的導熱(re)(re)膠,其導熱(re)(re)性(xing)要大(da)大(da)優于環氧玻(bo)纖布(bu)黏結片或(huo)高導熱(re)(re)的環氧樹脂,且導熱(re)(re)膠厚度可根據(ju)需要來設(she)置。

熱膨脹對PCB的影響

2.CTE(熱膨脹系數)的匹配

在(zai)進(jin)行PCB設(she)計(ji)(ji)時(shi)(shi),尤其是進(jin)行表面安裝(zhuang)(zhuang)用(yong)PCB的(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)時(shi)(shi),首先應考(kao)慮材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)CTE匹配(pei)問題。IC封裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)板有(you)剛性(xing)有(you)機封裝(zhuang)(zhuang)基(ji)(ji)板、撓性(xing)有(you)機封裝(zhuang)(zhuang)基(ji)(ji)板、陶瓷(ci)(ci)封裝(zhuang)(zhuang)基(ji)(ji)板3類。采(cai)用(yong)模塑技(ji)(ji)術、模壓(ya)陶瓷(ci)(ci)技(ji)(ji)術、層(ceng)壓(ya)陶瓷(ci)(ci)技(ji)(ji)術和(he)層(ceng)壓(ya)塑料(liao)(liao)(liao)(liao)4種(zhong)方式進(jin)行封裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)IC,PCB基(ji)(ji)板用(yong)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)主要有(you)高(gao)溫環氧樹脂、BT樹脂、聚酞(tai)亞胺(an)、陶瓷(ci)(ci)和(he)難熔玻璃等。由(you)于IC封裝(zhuang)(zhuang)基(ji)(ji)板用(yong)的(de)(de)(de)這些材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)耐溫較(jiao)高(gao),X、Y方向的(de)(de)(de)熱膨脹(zhang)(zhang)系(xi)數(shu)較(jiao)低(di),故在(zai)選擇印制板材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)時(shi)(shi)應了解元(yuan)器件(jian)的(de)(de)(de)封裝(zhuang)(zhuang)形式和(he)基(ji)(ji)板的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao),并考(kao)慮元(yuan)器件(jian)焊接時(shi)(shi)工藝過程溫度的(de)(de)(de)變化范圍(wei),選擇熱膨脹(zhang)(zhang)系(xi)數(shu)與之相匹配(pei)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)材(cai)(cai),以降低(di)由(you)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)熱膨脹(zhang)(zhang)系(xi)數(shu)差異引起的(de)(de)(de)熱應力。

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/℃,有的(de)(de)器件基(ji)板材(cai)(cai)料(liao)采用與某些印制板基(ji)材(cai)(cai)相同的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao),如 PI、BT 和耐(nai)熱(re)環氧樹脂(zhi)等。不(bu)同材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de) CTE 值(zhi)如下(xia)表。在(zai)選擇印制板的(de)(de)基(ji)材(cai)(cai)時(shi)應盡量考慮使基(ji)材(cai)(cai)的(de)(de)熱(re)膨脹系(xi)數(shu)(shu)接近于器件基(ji)板材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)熱(re)膨脹系(xi)數(shu)(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加工的深圳電子方案公司,主要設計電子產(chan)品(pin)包括(kuo)工(gong)控、汽車、電源、通信、安(an)防、醫(yi)療(liao)電子產(chan)品(pin)開發。

公司核心業務是提供(gong)以工(gong)控電(dian)(dian)子(zi)、汽車電(dian)(dian)子(zi)、醫(yi)療電(dian)(dian)子(zi)、安防電(dian)(dian)子(zi)、消(xiao)費電(dian)(dian)子(zi)、通訊電(dian)(dian)子(zi)、電(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)子(zi)等多領域的(de)電(dian)(dian)子(zi)產品設(she)計、方案開發及(ji)加(jia)工(gong)生(sheng)產的(de)一站式PCBA服務,為滿足不同(tong)客(ke)戶需求可提供(gong)中(zhong)小批(pi)量PCBA加(jia)工(gong)。

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作者:電子產品設計


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