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使用 PCB散热器的高效散热可防止 PCB 掉落
使用 PCB散热器的高效散热可防止 PCB 掉落
在电子产品中，由于某些组件的功耗，您的 PCB 可能会变得很热。每当组件达到超出组件安全工作范围的极端温度时，其使用寿命将大大缩短或组件可能会立即失效。发热元件有缺陷意味着整个 PCBA 将需要报废。在处理电路板中的热量时需要考虑很多事情，首先要在原理图捕获期间确定设计中的功耗。如果您碰巧在高功率设备的安全范围内运行，您可能需要在某些组件上安装 PCB散热器。最终，这可以节省您的组件、产品甚至操作员。
是什么导致PCB发热并需要SMD散热器？
由于电阻损耗，电能被转换为热能。所有元件，无论是简单的无源元件还是复杂的逻辑电路，都会有一些电阻损耗。这里要考虑的是某些组件是否会达到不安全的工作温度，以及这种热量是否会影响附近的任何组件。此外，您可能想了解一些重要信息，例如这些组件上使用的任何焊点的可靠性、附近过孔的可靠性以及组件本身的可靠性。
首先，您需要通过查看功耗和数据表来确定哪些组件适合应用散热器。因高功耗而面临故障风险的一些主要组件包括：
电阻器或电阻器阵列，特别是用于电力输送时
用于功率传输或功率调节的 MOSFET
线性稳压器，因为它们旨在通过散热来调节电压
提供大量计算能力的大型数字 IC
机电元件（电机、开关等）
其中一些组件可能具有内置于组件中的一些散热措施。例如，TO 封装或 SOT 封装中的 MOSFET 和线性稳压器通常会有一个贴片散热器（见下文）。该散热器可以直接安装并焊接到 PCB布局中的接地焊盘，从而为远离组件的散热提供直接路径。
功率晶体管可能具有散热片或散热垫 ，为散热提供路径。
根据这些组件中处理的功率，您可能需要一个额外的 PCB散热器，它可以直接安装到组件上。连接这些组件的最佳方式是什么，您何时真正需要它们？
确定散热需求
一旦确定了产生大量热量的主要组件，您就可以使用数据表中的信息来估计温升。要寻找的重要规格是热阻。组件的热阻定义了高于环境温度的预期温升。这与热导率不同，但如果要计算热阻，则需要知道热导率。幸运的是，您不需要这样做，您只需使用组件数据表中的热阻数据即可。
可以使用数据表中提供的热阻值和您在设计中期望的功耗来计算预期的温升。例如，流行的LM7805 稳压器有多种封装选项，每一种都有不同的热阻值。功率元件的结点与环境之间的典型热阻值为 20 至 30 °C/W。但是，对于采用 TO-220 封装的 LM7805，数据表将结到环境的热阻列为 54 °C/W！这是一个巨大的散热水平：在稳压器的 3 W 功耗下（这肯定会在高输入电压下发生，即使电流很低），随着稳压器的温度升高 162 °C，设计可能会失败。
LM7805ACT 的热阻为 65 °C/W。添加 PCB散热器可能会帮助您降低这个数字。
有时，数据表只会列出绝对最大功耗。有时会出现这种情况，即组件具有一些保护措施来帮助防止故障。某些组件将包含热关断值，因此它们将专注于操作期间的绝对最高温度。要记住的另一点是热阻是一个系统级指标；如果在组件上添加 PCB散热器，则从封装到环境的热阻可能在 10 °C/W 左右，比典型的结到环境热阻值有了很大的改进。
安装 PCB散热器的最佳方法
当我们提到“PCB散热器”时，我们不一定指的是焊接到 PCB表层的器件。这些设备可以直接安装到组件封装上，以提供远离组件的高散热。它们也可以安装在 PCB的背面，或者它们可以用作将热量散发到外壳中的桥梁。
确保您的散热器可以拯救您的 PCB。
PCB散热器可以机械安装（使用夹子或螺钉），使用导热膏（油脂等）或导热垫。高功率组件可能有一个散热片或散热垫，您可以将它们焊接到 PCB 上的一个垫上（连接到 GND 网络），而不是焊接到 PCB散热器上。但是，如果需要，您仍然可以为这些组件之一添加 PCB散热器；这在使用 MOSFET 阵列的供电部分很常见；单个大型散热器可以焊接在多个组件上以散发更多热量。
考虑到对更小的 PCB 的需求，即需要在更小的封装中获得更大的处理能力，热量是更多的问题。在这些小板中，可能没有空间放置风扇、大型散热器或组件之间的间距以防止板周围的热扩散。当您将具有高散热性的电路板放入封闭的外壳中时，主要发热组件的温度通常会升高到更高的值。当然，通风口将有助于排出任何气流并有助于降低温度，但这种方法仅与在 PCB 本身上实施的散热技术一样有效。对于无法容纳风扇的超高功率设计，创造性的外壳设计将是热管理的主要驱动力。
PCB散热器是在高功率组件中正确散热的好方法。由于 PCB散热器有各种尺寸和形状，您需要确保创建正确的封装和机械模型，并且您拥有最好的 PCB设计软件来使用它。