【導讀】在 PCB layout 中實(shí)施熱管理的方法有幾種——從簡(jiǎn)單的散熱風(fēng)扇，到復雜的外殼和散熱片設計。熱管理的目標是將器件溫度降低到一定的水平以下，當溫度高于該水平時(shí)，器件可能失效或用戶(hù)可能接觸到極端溫度。在許多外形尺寸要求寬松的 PCB 設計中，高溫元件通常會(huì )采用風(fēng)扇或散熱片進(jìn)行熱管理。
在 PCB layout 中實(shí)施熱管理的方法有幾種——從簡(jiǎn)單的散熱風(fēng)扇，到復雜的外殼和散熱片設計。熱管理的目標是將器件溫度降低到一定的水平以下，當溫度高于該水平時(shí)，器件可能失效或用戶(hù)可能接觸到極端溫度。在許多外形尺寸要求寬松的 PCB 設計中，高溫元件通常會(huì )采用風(fēng)扇或散熱片進(jìn)行熱管理。
在沒(méi)有空間安裝風(fēng)扇或散熱片的情況下，如何才能將高溫器件的熱量散發(fā)出去？此時(shí)，可能需要在組件中或電路板的內層采用熱管理方案，即埋嵌銅塊。大多數設計人員都知道導熱孔埋嵌銅塊，但更先進(jìn)的方案是采用壓合 (press-fit ) 銅塊，以提供更高的熱傳導率。
熱管理方案比較
下表簡(jiǎn)要比較了 PCB layout 和組裝中實(shí)施的熱管理方案選項。其中一些方案需要直接在電路板上進(jìn)行設計，而另一些是在最終組裝或外殼中添加。
埋嵌銅塊
埋嵌銅塊是可以通過(guò)堆疊傳遞熱量的小銅塊或大銅塊。散熱孔是一種典型的埋嵌銅塊，可將熱量傳遞到電路板另一側的內部平面或散熱器（或兩者皆有）。
低功耗設備有時(shí)會(huì )有一個(gè)器件在系統中產(chǎn)生大部分熱量，這時(shí)只需針對該器件實(shí)施一種熱管理技術(shù)即可。在 SMD 集成電路中，這很可能是一組與表層散熱焊盤(pán)相連的散熱孔。然后可直接將其焊接到器件封裝中與裸片連接的接地焊盤(pán)上。
帶四個(gè)散熱孔的器件 footprint。
有的器件輸出功率更大或沒(méi)有太多空間安裝與裸片相連的焊盤(pán)，此時(shí)就需要采用其他方法來(lái)散熱。典型的方法是安裝散熱器和風(fēng)扇，這是 CPU 或 GPU 常采用的方法。在智能手機等小型設備中，另一種策略是使用熱界面材料將處理器直接粘到外殼上。
CPU、FPGA 或 GPU 等較大型器件采用 BGA/LGA 封裝，無(wú)法放置散熱孔，因為散熱孔可能沒(méi)有與裸片相連的焊盤(pán)。不過(guò)，埋嵌銅柱（稱(chēng)為“銅塊”）是一種可行的散熱策略。銅柱必須作為壓合元件設計到電路板中，其公差與壓合孔的公差相同。
壓合元件安裝在集成電路下方時(shí)，可用作傳熱元件。
焊料柱
最后一種可用于熱管理的結構是焊料柱。焊料柱是一大片焊料，連接到頂層的器件封裝上。在組裝過(guò)程中，這些焊料柱將與 PCB 中的 SMD footprint 形成非常牢固的接合點(diǎn)。在需要經(jīng)受劇烈振動(dòng)、高溫和機械沖擊的軍事航空系統中使用的元件封裝中，這些結構更為常見(jiàn)。
下圖是 Microsemi 的器件封裝示例。圖中，焊料柱內置于封裝中，并將在組裝過(guò)程中形成強韌的共熔。焊料柱通常與載體一起使用，以提供可靠性很高的組裝平臺，但這些焊料柱中使用的額外焊料有助于將更多熱量從封裝散發(fā)出去。
帶焊料柱的封裝示例。
其他熱管理策略
在產(chǎn)生大量熱量的電路板中，有效的熱管理涉及多種策略。其中包括混合使用壓合/埋嵌銅塊、厚銅、熱界面材料以及風(fēng)扇或散熱片。電子組裝中使用的其他一些散熱策略包括：
支持強制氣流和對流氣流的外殼設計
使用熱傳導率更高的替代基板材料
為散熱器涂敷熱界面材料
那么，我們如何為作為電力傳輸和分配“主動(dòng)脈”的 Busbar 選擇正確的熱管理策略？
在現代電力系統和工業(yè)設施中，Busbar 無(wú)疑扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色，無(wú)論是大型發(fā)電廠(chǎng)、變電站，還是工廠(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)的配電系統，Busbar 都是不可或缺的組成部分！且隨著(zhù) AI 數據中心、HPC 需求激增，Busbar 的設計挑戰與要求也不斷增長(cháng)。
文章來(lái)源：Cadence楷登PCB及封裝資源中心
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