通讯高多层 PCB 散热：400G 交换机 24 层 PCB 怎么 “降温”？
来源：捷配
时间: 2025/10/10 09:13:40
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数据中心的 400G 交换机、5G 基站的功放模块，其核心是 24 层甚至 32 层的高多层 PCB，这类 PCB 集成了大量功率器件（如功放芯片、电源管理芯片），总功耗可达 500W 以上 —— 若散热不及时，PCB 温度会超 100℃，导致芯片降频、信号失真，甚至烧毁。某数据中心曾因 24 层交换机 PCB 散热不良，芯片温度超 110℃，400G 端口的数据包丢失率从 0.001% 升至 0.1%，严重影响数据传输效率。很多人以为 “高多层 PCB 散热只是加个散热片”，实则需要从 PCB 设计源头构建 “热传导 - 热扩散” 双路径。今天从科普角度，拆解通讯高多层 PCB 的散热设计技巧，帮你理解 “如何给高密度高多层 PCB‘降温’”。
首先要分析：通讯高多层 PCB 的热量为什么难散出？核心原因有三个，都与 “高密度集成” 相关：
- 热路径长且窄：24 层 PCB 的功率器件通常布置在表层，而热量需通过芯板、PP 胶传导至底层散热片，普通 FR-4 基材的导热系数仅 0.3W/m?K，热量传导效率低，导致表层与底层温差超 30℃；
- 铜箔覆盖率低：普通高多层 PCB 的电源层、接地层用 1oz 铜箔（35μm），铜箔的导热系数虽高（385W/m?K），但厚度薄、覆盖率不足 60%，热扩散能力有限，无法快速将局部热量分散；
- 散热过孔不足：功率器件下方若未设计足够的散热过孔，热量会在器件下方聚集，形成 “热点”，某功放芯片下方无散热过孔时，热点温度比有过孔时高 25℃。
要解决高多层 PCB 的散热难题，需从 “热传导强化 - 热扩散优化 - 热点疏导” 三方面设计：
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强化热传导路径：
- 选用 “高导热基材与复合结构”：在功率器件所在区域，用铝基复合 PCB（导热系数 2W/m?K，是普通 FR-4 的 6 倍）替代传统 FR-4，或在芯板中埋置铜块（导热系数 385W/m?K），直接将热量从表层传导至底层散热片，24 层交换机 PCB 用铝基复合结构后，表层与底层温差可缩小至 10℃以内；
- 增加散热过孔密度：在功率器件（如功放芯片）下方布置 “过孔阵列”，孔径 0.4mm、间距 1mm，过孔内壁镀铜厚度≥30μm，过孔贯穿所有接地层，形成 “热导柱”，将器件热量快速传导至接地层，热点温度可降低 20-25℃。
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优化热扩散能力：
- 电源层与接地层用 3oz~4oz 加厚铜箔（105~140μm），铜箔覆盖率提升至 80% 以上，利用铜箔的高导热性将局部热量快速扩散至整个层面，24 层 PCB 的接地层用 4oz 铜箔后，热扩散面积比 1oz 铜箔增加 2 倍；
- 在 PCB 表层设计 “铜箔散热网格”（线宽 0.2mm，间距 0.5mm），覆盖功率器件周边 5cm 区域，进一步扩大热扩散范围，减少热点聚集。
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针对性疏导热点：
- 对功耗超 10W 的大功率器件（如电源管理芯片），在 PCB 背面对应位置粘贴铜制散热块（厚度 3mm，面积≥1cm²），散热块与器件之间用导热胶（导热系数≥3W/m?K）贴合，将热点热量直接导出至外部散热鳍片；
- 优化 PCB 布局，将高功耗器件（功放、电源）分散布置，避免多个热点叠加，比如 24 层交换机 PCB 将 4 个功放芯片分别布置在 PCB 四角，热点温度比集中布置时低 15℃。
通讯高多层 PCB 的散热设计需要结合实际功耗与布局，而捷配在这一领域提供定制化方案：针对热传导，捷配支持铝基复合 PCB、埋置铜块与高密度散热过孔（孔径 0.4mm，间距 1mm）；针对热扩散，提供 3oz~4oz 加厚铜箔，铜箔覆盖率可达 85%；针对热点，可根据器件功耗设计铜制散热块与导热胶贴合方案，并通过 ANSYS Icepak 进行热仿真，提前预测 PCB 温度分布，优化散热设计。某 400G 交换机厂商通过捷配的散热方案，24 层 PCB 的热点温度从 110℃降至 85℃，数据包丢失率恢复至 0.001%，完全满足数据中心的稳定运行需求。
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