捷配浅谈PCB基板的导热系数如何影响性能

PCB基板的导热性重要性不言而喻，有许多材料可用作 PCB 基板，除了不同的导热性外，还提供许多其他好处。PCB 基板材料也会影响高温下对导体引起的热应力和高速/高频下的损耗。在选择超出导热系数的基板时，应考虑许多设计权衡，最好使用导热系数低的基板以及一些被动或主动冷却方法。

导热系数如何影响PCB温度

选择合适导热系数的基板是PCB设计的重点之一。PCB中的热管理在具有高速开关的元件的小型电路板中变得尤为重要。这在承载高电流的电路板中也很重要，因为走线中的电阻损耗会产生热量，然后传递到基板中。

如果您知道您的电路板在运行过程中会产生大量热量，或者您的电路板在高温环境中运行，那么您可能需要使用导热系数更高的基板。您可能还需要实施被动冷却、主动冷却或两者兼而有之，以便将重要组件的温度保持在其安全工作范围内。

权衡导热系数和其他材料性能

众所周知，具有高导热性的PCB基板材料也往往具有高导电性。这并不一定意味着衬底的介电常数的实部也会具有更大的值。相反，这意味着在具有较高导热系数的基板中，基板材料中的导电损耗往往更大。

PCB基板的另一个要考虑的热方面是其体积膨胀。在所有材料中，导热系数不会随着体积膨胀系数而变化，尽管使用具有更高导热系数的基板是可取的，因为它将热量从热组件中移开，从而在整个电路板上产生更均匀的温度分布。这可以防止局部体积膨胀和在承载大电流的有源元件或走线附近形成热点。

体积膨胀在PCB中变得尤为重要，因为PCB将反复循环到高温或低温。当PCB达到高温时，基板和导体会膨胀，从而对导体施加压力。如果温度达到非常高的水平或导体非常薄（例如在 HDI 中），应力会导致走线开始从基板上分层。具有大纵横比的未填充通孔也可能在通孔中心附近或铜箔边缘开裂。

这时，尽可能接近基板和导体的体积膨胀系数就变得很重要。陶瓷板具有比 FR4 更高的导热性，而其体积膨胀系数更接近于普通 PCB 导体材料的值。这就是为什么陶瓷往往适合在高温环境或温度反复循环的环境中应用的原因。一旦基板温度超过玻璃化转变温度，电路板将开始以更快的速度膨胀。一些罗杰斯材料具有较高的玻璃化转变温度，可在较宽的温度范围内提供稳定的体积膨胀。

热管理技术：设计、构建和测试

过去，设计人员选择PCB基板材料导热系数的自由度较小，但新的设计方法和材料选项将有助于标准热管理方法。使用正确的设计和仿真软件可以帮助您布局电路板，或询问捷配选择合适的板材基材，以防止热点形成，并检查整个系统的热量传递方式。不要忘记测量的重要性;在考虑任何必要的热管理技术以保持电路板冷却时，您应该始终以全功率测试原型板。