PCB 布局中的散热设计：别让 “局部高温” 毁掉你的电路

    很多人误以为 “散热是元件的事，和 PCB 布局无关”，实则不然 ——PCB 不仅是电路的 “骨架”，更是热量传导的重要通道，不合理的布局会导致热量堆积，让 PCB 局部温度飙升，进而引发元件失效、性能下降等问题。比如某电路中，将 3 个 1W 功率管集中放在 PCB 中心，结果局部温度超 90℃，功率管寿命从 5 年缩短至 1 年；又比如将温度传感器放在发热元件旁边，测温误差从 ±0.5% 扩大至 ±3%。今天就从科普角度，聊聊 PCB 布局中如何通过 “合理规划” 实现高效散热，避免高温隐患。

 

首先要明确：PCB 散热的核心是 “让热量快速从发热元件传递到外部环境”，而布局的作用就是 “优化热量传递路径”，减少热阻。热阻是热量传递的 “阻力”，热阻越小，散热越快 —— 比如发热元件到 PCB 边缘的热阻若为 10℃/W，1W 功耗会导致元件与边缘温差 10℃；若热阻降至 5℃/W，温差会缩小到 5℃。PCB 布局通过 “元件位置规划、铜箔设计、散热结构优化”，可大幅降低热阻，提升散热效率。

 

 

第一步是 “发热元件的位置布局”：让热量 “就近散出”。发热元件（通常指功耗≥0.5W 的元件，如 DC-DC 模块、MOS 管、三极管）是热量的主要来源，布局时需优先考虑 “靠近散热出口”——PCB 的边缘、散热孔、金属外壳接触区域都是散热出口，将发热元件布置在这些位置，热量可通过空气对流或传导快速散出，比放在 PCB 中心的散热效率提升 40% 以上。比如将 1W 的 DC-DC 模块放在 PCB 边缘，模块温度可从 85℃降至 70℃；若放在中心，温度会超 90℃。同时，多个发热元件需 “均匀分布”，避免局部热聚集 —— 比如 4 个 0.8W 的功率管，若集中放在 2cm×2cm 的区域，局部温度会超 100℃；若均匀分布在 PCB 四周，温度可控制在 80℃以内，元件间距建议≥3mm，确保热量不相互叠加。

还要注意 “热敏元件与发热元件的距离”：热敏元件（如温度传感器、晶振、模拟芯片）对温度敏感，高温会导致性能漂移，布局时需与发热元件保持足够间距，通常建议≥10mm，且避免在发热元件的 “散热路径” 上 —— 比如发热元件的热量会向上、向四周扩散，热敏元件不要放在发热元件的正上方或下风处，可放在发热元件的侧面或远离方向，减少温度影响。比如将温度传感器与 1W 功率管间距设为 15mm，测温误差可从 ±3% 降至 ±0.8%。

 

 

第二步是 “散热铜箔的设计”：用铜箔 “扩大散热面积”。铜箔是 PCB 上的 “散热导体”，铜箔面积越大、厚度越厚，散热能力越强 ——1oz 铜箔（厚度约 35μm）的导热系数约 385W/m?K，是 FR-4 基材（0.3W/m?K）的 1200 多倍，因此在发热元件周围布置大面积铜箔，可大幅提升散热效率。具体做法有三种：一是 “元件下方铜箔扩展”，在发热元件的 footprint 下方，将铜箔扩展至 2-3 倍面积，比如 0603 封装的功率电阻，下方铜箔面积从 0.6mm×0.3mm 扩展至 1.2mm×0.6mm，散热效率提升 50%；二是 “散热铜箔网格”，在 PCB 空白区域设计铜箔网格（线宽 0.2mm，间距 0.5mm），既不影响其他线路，又能增加散热面积，尤其适合高频电路（避免大面积铜箔产生寄生电容）；三是 “加厚铜箔”，对高功耗元件（≥2W），可采用 2oz 或 3oz 铜箔（厚度 70μm、105μm），铜箔厚度翻倍，散热能力也会翻倍，比如 2oz 铜箔比 1oz 铜箔的热阻降低 30%。

 

 

第三步是 “散热过孔与结构优化”：打通 “上下层散热通道”。单面板或双面板的散热能力有限，若 PCB 为多层板，可通过 “散热过孔” 将热量传导至其他层，形成 “立体散热”—— 在发热元件下方的铜箔上，均匀布置散热过孔（孔径 0.3-0.5mm，间距 1-2mm），过孔内壁镀铜，将顶层的热量传导至底层或内层的铜箔，散热效率可提升 60% 以上。比如在 2W 的 MOS 管下方布置 6 个散热过孔（孔径 0.4mm），管芯温度可从 100℃降至 80℃。需注意，散热过孔要 “全铜填充” 或 “热风整平”，避免过孔内有空气间隙（空气热阻大），影响散热；过孔周围的铜箔要与过孔充分连接，确保热量顺利传导。

 

 

此外，还可通过 “布局配合散热结构” 提升效率：若 PCB 需与金属外壳或散热片配合，布局时要在 PCB 上预留 “散热接触区域”—— 比如在金属外壳接触的 PCB 区域，布置大面积铜箔，并预留螺丝孔，方便通过导热胶将 PCB 与外壳贴合，热量可通过外壳快速散出；若使用散热片，需将发热元件布置在散热片覆盖范围内，元件与散热片间距≤0.5mm，中间涂抹导热硅脂（导热系数≥1W/m?K），减少接触热阻。

 

 

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