使用(yòng)智能(néng)检查设计软件，PCB 温度不会过热

2021-06-30

使用(yòng)智能(néng)检查设计软件，PCB 温度不会过热

電(diàn)路板完整性可(kě)能(néng)会在没有(yǒu)设计人员有(yǒu)意识地减少高温電(diàn)路板區(qū)域的情况下受到损害。热量管理(lǐ)有(yǒu)助于防止您的電(diàn)路板着火。

正确的電(diàn)路板设计软件将在高速设计及其他(tā)领域大有(yǒu)作為(wèi)。

对实现更小(xiǎo)的产品占位面积的重视已经推动多(duō)层 PCB 设计朝着更高的组件密度发展。因此，更好的热设计技术的应用(yòng)已成為(wèi)当務(wù)之急。较高的工作温度会导致電(diàn)路板的机械应力，随着层的加热和冷却，这些应力会导致开裂和间歇性或连接失败。热设计涉及了解热量是如何发生的、不同的组件和层材料如何响应热量，以及如何正确地从 PCB 层压材料中去除热量。

高温会破坏层的完整性

热膨胀系数 (CTE) 表示為(wèi)每摄氏度百万分(fēn)之一 (ppm/oC)，它描述了 PCB 层压板在加热或冷却时如何膨胀。為(wèi)了正确看待这一点，印刷電(diàn)路板的長(cháng)度、宽度和厚度会随着温度的升高而膨胀。例如，常见的 FR-4 层压板膨胀 14 至 17 ppm/oC。当我们将层压板膨胀率与 IC 或 BGA 等组件的膨胀率进行比较时，组件的膨胀率与层压板材料之间存在显着差异。差异的结果表现為(wèi)连接断开或電(diàn)路不稳定。如果层压板和组件具有(yǒu)相似的 CTE，则两者都会膨胀和收缩而不会造成任何损坏。

与组件一起使用(yòng)的塑料包装具有(yǒu)高耐热性。结果，热量传递到 PCB 原型的裸露铜焊盘。由于这些低热阻点可(kě)能(néng)会损坏，Altium Designer 提供了关于热界面材料和散热器正确放置的高质量信息。例如，将散热器热连接到電(diàn)路板与表面贴装元件相反的一侧，可(kě)使系统温度保持在容差范围内。但是，在某些情况下，制造商(shāng)可(kě)能(néng)会生产需要将散热器连接到组件顶部的封装。

為(wèi)您的 PCB 选择合适的热界面材料

Altium Designer 使用(yòng)组件信息和分(fēn)析工具来确定使用(yòng)散热图案和泪珠来加强轨道到焊盘、轨道到通孔和轨道到轨道的连接。Altium Designer 為(wèi)连接到電(diàn)源或接地层的任何过孔或孔提供正确的散热模式。散热片通过将组件热连接到相邻的铜平面来将热量从组件传导走。

通过裸露焊盘的热传递说明 PCB 上发生了最大的热传递。在您设计 PCB 时，Altium Designer 将协助确定電(diàn)路板的热阻。Altium Designer 确定热量从元件结点转移到环境空气的路径，它定义了 PCB 每一层的热性能(néng)参数。从那里，您可(kě)以使用(yòng) Altium Designer 為(wèi)您的 PCB 设计建立電(diàn)气规则检查 (ERC) 和设计规则检查 (DRC)，并验证您的 PCB 是否满足所有(yǒu)既定的热设计约束。

了解何时使用(yòng)导热垫或导热膏可(kě)能(néng)是确定如何布局電(diàn)路板的第一步。

在大多(duō)数電(diàn)路板中，热量管理(lǐ)可(kě)能(néng)是一个设计问题，因此了解如何减轻相关风险可(kě)能(néng)非常有(yǒu)价值。

有(yǒu)很(hěn)多(duō)方法可(kě)以缓解電(diàn)路板的发热问题。

泪珠通过在走線(xiàn)与焊盘连接处支撑铜来减少机械应力和热应力。

在热设计中使用(yòng)最佳实践

高功率電(diàn)路板设计会产生热量，因此需要最佳实践来散热。这些最佳实践包括降低外壳到环境的热阻（ƟCA 用(yòng)于 PCB 设计中的集成電(diàn)路。通过适当的散热技术控制热阻可(kě)提高印刷電(diàn)路板的可(kě)靠性。

良好的热设计和适合 PCB 的热界面材料可(kě)以提高可(kě)靠性并防止损坏组件以及柔性 PCB。然而，通向良好热设计的途径通常涉及对复杂几何形状的流體(tǐ)动力學(xué)进行数學(xué)分(fēn)析。您无需尝试执行该分(fēn)析，而是可(kě)以依靠 Altium Designer 提供的分(fēn)析来定义哪些材料和方法最适合热控制。Altium Designer 提供的分(fēn)析在 PCB 设计过程的早期就考虑了热设计。

例如，您可(kě)以通过在 PDN Analyzer（電(diàn)力传输网络分(fēn)析仪）应用(yòng)程序中使用(yòng) PI-DC（直流電(diàn)源完整性）分(fēn)析来优化您的设计，以实现電(diàn)源和電(diàn)源之间的最低電(diàn)流密度和压降，从而避免在布局后阶段后重新(xīn)设计。所有(yǒu)负载。PDN Analyzer 确保 PCB 上的平面、走線(xiàn)和过孔具有(yǒu)满足安装在板上的组件的功耗需求所需的尺寸和特性。保持直流電(diàn)源布局的完整性并优化您的设计可(kě)以减少出现热问题的机会。

Altium Designer 和 PDN Analyzer 提供识别问题组件所需的工具

使用(yòng) Altium Designer，您可(kě)以访问超过 300,000 个组件的热阻信息以及推荐的指南、可(kě)用(yòng)性和成本估算。您对组件库的访问提供了组件的功耗值，并允许您直接编辑和附加有(yǒu)关热特性的任何问题到组件。反过来，您可(kě)以使用(yòng) PDN Analyzer——一个可(kě)下载的 Altium Designer 扩展——从 PCB 设计中提取所有(yǒu)物(wù)理(lǐ)和電(diàn)气信息。

PDN Analyzer 应用(yòng)程序中的工具可(kě)识别组件放置期间的热点，并根据组件的功耗值生成热图。然后，您可(kě)以使用(yòng)每个组件的真实温度曲線(xiàn)的近似值来考虑電(diàn)路的热相互作用(yòng)。

高功率、高频功率放大器产生的热量可(kě)能(néng)会损坏靠近放大器的器件结点或有(yǒu)源器件。Altium Designer 还协助放置组件以在 PCB 上均匀分(fēn)布热量。通过正确的元件放置，您的 PCB 可(kě)以将能(néng)量转移到表面贴装的功率元件上。

值得庆幸的是，Altium 有(yǒu)一系列视频记录了有(yǒu)关热管理(lǐ)和热阻的技巧和指南。

材料选择会影响 PCB 的温度限制。

PDN 分(fēn)析仪可(kě)以在将您的電(diàn)路板运送进行原型设计或制造之前為(wèi)您节省大量时间和金钱。

使用(yòng) Altium Designer 的 PDN 分(fēn)析器可(kě)以使您的设计更加可(kě)靠。

方便的 PCB 编辑器使设计能(néng)够完美运行

此外，Altium Designer 可(kě)帮助您為(wèi)高温应用(yòng)选择低 CTE 材料。Altium 的层堆栈管理(lǐ)器允许您為(wèi)您的应用(yòng)选择具有(yǒu)正确玻璃化转变温度 (Tg)、层压介電(diàn)常数 (Dk) 和损耗因数 (Df) 的電(diàn)介质。例如，高温 PCB 需要高于 170oC 的 Tg，并且应处理(lǐ)工作温度低于 Tg 约 25oC 的连续热负载。层堆栈管理(lǐ)器中的层堆栈表指定了每种层类型的材料和机械要求。始终咨询電(diàn)路板制造商(shāng)，為(wèi)您的 PCB 设计选择正确的材料和属性。

Altium Designer 从原理(lǐ)图到版图的设计集成确保了团结

Altium Designer 的 PCB 编辑器為(wèi)设计规则提供了基础。您可(kě)以在编辑器中建立以下设计规则：

与物(wù)體(tǐ)保持分(fēn)离

作為(wèi)灵活查询系统定义的目标工作

适用(yòng)于任何设计情况

有(yǒu)优先权

定义对象所需的行為(wèi)，以及

确定两个对象之间的交互。

拥有(yǒu)智能(néng)规则和约束编辑器可(kě)以帮助管理(lǐ)从 PCB 材料到焊接和回流可(kě)能(néng)对您的设计产生的影响的任何事情。但此外，拥有(yǒu)设计规则检查器只是流程的另一部分(fēn)，它使您能(néng)够无缝地从原理(lǐ)图到布局再到生产.

能(néng)够设置一个设计规则检查器来定期捕捉任何潜在的设计缺陷是设计师的救星。

组件选择，尤其是在尝试减轻電(diàn)路板的散热需求时，可(kě)能(néng)会变得难以处理(lǐ)。

高速设计是许多(duō)潜在的设计途径之一，不可(kě)避免地会遇到热管理(lǐ)问题。