PCB 厚度对散热性能的影响：从热传导到热可靠性的 “关键变量”

PCB 在工作中会产生热量（如芯片功耗、线路损耗），散热性能直接影响设备的稳定性与寿命 —— 高温会导致元件老化加速、参数漂移，甚至烧毁。而 PCB 厚度通过 “铜箔厚度”“基材厚度”“热传导路径” 三个维度影响散热效率，厚 PCB（尤其是厚铜箔 PCB）的散热能力远优于薄 PCB。若忽视厚度对散热的影响，会导致设备过热故障（如 LED 光衰、CPU 死机）。今天，我们聚焦 PCB 厚度对散热性能的具体影响，结合热传导原理、测试数据与实际案例，帮你理解厚度与热可靠性的关联。

一、热传导的核心路径：铜箔是 “主要热通道”

PCB 的散热依赖 “热传导”（从热源到散热片 / 外壳），而铜的导热系数（385W/(m?K)）是 FR-4 基材（0.3W/(m?K)）的 1200 倍以上，因此铜箔是 PCB 的主要热通道，铜箔厚度（PCB 总厚度的组成部分）直接决定热传导效率。

1. 铜箔厚度与热传导效率的关联

热传导速率（Q）公式为：Q = k×A×ΔT /d

其中，k 为导热系数，A 为传导面积，ΔT 为温差，d 为传导距离。

对 PCB 而言，铜箔厚度越大，传导面积 A 越大（同一线路宽度下），热传导速率 Q 越高。实际测试数据如下（热源功耗 1W，线路宽度 1mm，温差 50℃）

数据表明：2oz 铜箔的散热效率是 0.5oz 的 3.68 倍，热源温度从 75℃降至 43℃，显著提升热可靠性。

2. 厚度不足导致的散热问题

二、基材厚度对散热的影响：平衡热传导与热容量

基材厚度虽不直接参与热传导（导热系数低），但影响 PCB 的 “热容量”（吸收热量的能力）与 “热分布均匀性”，间接影响散热性能。

1. 基材厚度与热容量的关联

热容量（C）公式为：C = m×c

其中，m 为质量，c 为比热容（FR-4 约 1.05J/(g?℃)）。

基材厚度越大，PCB 质量 m 越大，热容量 C 越高 —— 厚基材可吸收更多热量，减缓温度上升速度，尤其在脉冲负载（如 CPU 突发高功耗）场景中作用显著。

2. 实际测试对比（基材厚度对温度上升的影响）

数据表明：2.0mm 厚基材的热容量是 0.8mm 的 2.5 倍，温度上升速率减缓 42.5%，可有效应对脉冲热源。

3. 基材厚度与热分布的关联

厚基材的热扩散面积更大（热量更易在基材内均匀分布），避免局部热点集中。例如，1.4mm 厚基材的热点区域（温度 > 60℃）面积为 5cm2，2.0mm 厚基材仅为 2cm2，热点集中风险降低 60%。

三、厚度对热膨胀系数（CTE）匹配的影响：减少热应力

PCB 在温度变化时会膨胀或收缩，若 PCB 厚度不当，会导致热膨胀系数（CTE）与元件不匹配，产生热应力，引发焊点开裂或元件损坏，间接影响散热路径的可靠性。

1. 厚度与 CTE 的关联

PCB 的 CTE 分为 X/Y 方向（沿基材平面）与 Z 方向（垂直平面）：

2. 厚度不当导致的热应力问题

3. 解决方案与案例

某汽车电子厂商用 2.4mm 厚 PCB 与陶瓷传感器匹配，温度循环后焊点开裂率 8%；改为 1.6mm 厚 PCB 并埋置铜块，开裂率降至 0.5%，散热路径保持稳定。

四、场景化散热厚度选择建议

不同散热需求的场景，PCB 厚度选择不同：

总之，PCB 厚度通过铜箔热传导、基材热容量、CTE 匹配三大维度影响散热性能，需根据热源功耗与环境温度选择合理厚度，确保热可靠性。