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淺析PCB線路板的熱可靠性問題

一般情況下,PCB線路板板上的銅箔分布是非常復雜的,難以準確建模。因此,建模時需要簡化布線的形狀,盡量做出與實際線路板接近的ANSYS模型線路板板上的電子元件也可以應用簡化建模來模擬,如MOS管、集成電路塊等。 

1、熱分析 

貼片加工中熱分析可協助設計人員確定PCB線路板上部件的電氣性能,幫助設計人員確定元件或線路板是否會因為高溫而燒壞。簡單的熱分析只是計算線路板的平均溫度,復雜的則要對含多個線路板的電子設備建立瞬態模型。熱分析的準確程度最終取決于線路板設計人員所提供的元件功耗的準確性。 

在許多應用中重量和物理尺寸非常重要,如果元件的實際功耗很小,可能會導致設計的安全系數過高,從而使線路板的設計采用與實際不符或過于保守的元件功耗值作為根據進行熱分析。與之相反(同時也更為嚴重)的是熱安全系數設計過低,也即元件實際運行時的溫度比分析人員預測的要高,此類問題一般要通過加裝散熱裝置或風扇對線路板進行冷卻來解決。這些外接附件增加了成本,而且延長了時間,在設計中加入風扇還會給可靠性帶來不穩定因素,因此線路板板主要采用主動式而不是被動式冷卻方式(如自然對流、傳導及輻射散熱)。 

2、線路板簡化建模 

建模前分析線路板中主要的發熱器件有哪些,如MOS管和集成電路塊等,這些元件在工作時將大部分損耗功率轉化為熱量。因此,建模時主要需要考慮這些器件。 

此外,還要考慮線路板基板上,作為導線涂敷的銅箔。它們在設計中不但起到導電的作用,還起到傳導熱量的作用,其熱導率和傳熱面積都比較大線路板板是電子電路不可缺少的組成部分,它的結構由環氧樹脂基板和作為導線涂敷的銅箔組成。環氧樹脂基板的厚度為4mm,銅箔的厚度為0.1mm。銅的導熱率為400W/(m℃),而環氧樹脂的導熱率僅為0.276W/(m℃)。盡管所加的銅箔很薄很細,卻對熱量有強烈的引導作用,因而在建模中是不能忽略的。 

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