PCB 设计：仔细研究关于热通孔的散热设计第二部分

IC封装依靠PCB来散热。一般而言，PCB是高功耗半导体器件的主要冷却方法。一款好的PCB散热设计影响巨大，它可以让系统良好运行，也可以埋下发生热事故的隐患。谨慎处理PCB布局、板结构和器件贴装有助于提高中高功耗应用的散热性能。

热通孔温度仿真结果

2.5 瓦电源将裸焊盘自身加热到 95.7摄氏度。这比 20 摄氏度环境温度高出75.7 摄氏度。该图绘制了平面和热通孔数量的每种组合的焊盘上的最高温度。平面和散热孔的不同组合似乎对板的最高温度有一些影响。但有些因素比其他因素重要得多。

地平面的影响占主导地位

底层平面的存在显着降低了焊盘的温度。直觉上，它并不太难理解。但它也提高了底层平面的温度。显示了电路板另一侧的“小”平面外壳底层的热分布。地平面上的温度在 80 度范围内，但当我们离开地平面时，它会迅速下降到环境温度。

焊盘/平面组合的稳定温度取决于平面的相对尺寸。由于热源在焊盘处，焊盘的温度会提高小平面的温度。具有更多冷却能力的较大平面往往会降低焊盘的温度。在任何一种情况下，焊盘和平面之间的温差都相对较小，在我们的模型中小于 10 摄氏度。

稳定的(绝对)温度将介于裸焊盘温度和环境温度之间——在我们的例子中，相当接近中间温度范围。然而，在散热器的极端情况下，焊盘温度几乎一直降低到散热器温度。

结果，在每次模拟中焊盘和任何平面之间的温差(等式 1 中的ΔT )都显着减小。由于平面的存在导致ΔT急剧下降，因此通过热通孔(等式 1)的热导率降低到后续热通孔几乎没有影响或没有影响的程度。

上述陈述适用于我们所有的模拟。但重要的是要注意，在板上添加一个小地平面以帮助冷却加热垫会适得其反。其效果不是降低焊盘的温度，而是提高了平面的温度，因此首先否定了主要目标。

热通孔仅提供“点”解决方案

热通孔可能提供的一点额外好处仅限于通孔本身周围非常狭窄的区域。焊盘的热分布，增加了一个“大平面”。左侧显示了没有散热孔的情况，右侧显示了 25 个散热孔的情况。请注意这些图像的扩展热标度。垫的边缘和角落的特征冷却几乎与没有平面的垫相同。在没有任何热通孔的这些条件下，此焊盘的最高温度约为 58 摄氏度。通孔与没有通孔的情况相比，仅提供几度的温度差异，并且该差异非常接近于过孔本身。

几乎按照定义，热通孔需要一个铜表面来终止。该铜表面的存在会影响整个电路板的热分布。净影响是加热垫和铜表面之间的温差 ( ΔT )显着减小。这降低了通过任何热通孔的热导率，以至于热通孔几乎没有增加额外的好处。

此外，如果额外的铜表面积很小，那么焊盘的稳定温度可能仅比没有焊盘的情况略低。最好的改进来自相对较大的铜面积——想想电源/参考平面——放置在相对靠近电路板的远端。

最后，添加到电路板上的任何热通孔往往只会产生“点”影响。也就是说，它们往往只会在放置它们的位置撞击垫。这就是为什么这么多以前的作者认为通常需要大量热通孔的主要原因。