PCB热管理问题从设计到应用全面拆解

    在 PCB 行业，很多工程师都会遇到这样的困惑：明明按照标准流程设计生产的 PCB，却在实际使用中出现严重过热问题。其实，PCB 热管理问题的产生，是设计、材料、工艺、应用等多环节因素叠加的结果。今天，作为 PCB 技术专家，就带大家全面拆解 PCB 热管理问题的五大核心诱因，帮大家从源头规避风险。

 

 

 

PCB 基材是热量传导的主要载体，其导热系数直接决定散热效率。传统的 FR-4 基材导热系数仅为 0.3~0.5W/(m?K)，属于低热导材料，无法满足高功率设备的散热需求。很多厂商为降低成本，在高功率 PCB 中仍选用普通 FR-4 基材，导致热量在核心发热区堆积，形成局部热点。此外，基材的耐热性不足（如低 Tg 值），会在高温下出现分解、碳化，进一步阻碍热量传导。捷配针对高功率 PCB，提供高导热基材选型方案，如金属基 PCB（铝基、铜基）导热系数可达 100~400W/(m?K)，陶瓷基 PCB 导热系数更高达 100~300W/(m?K)。

 

PCB 的叠层结构决定了热量的传导路径，不合理的叠层设计会直接堵塞散热通道。常见的问题包括：一是未设置专门的散热铜层，仅依靠信号层的铜箔传导热量，散热面积不足；二是芯层厚度过大，导致热量从表层发热器件传导至底层散热层的路径变长，热阻增加；三是不同层之间的导热过孔数量不足、孔径过小，无法实现高效的垂直散热。例如，在电源 PCB 设计中，若未在电源层和地层之间设置足够的导热过孔，会导致电源芯片产生的热量无法快速扩散。

 

铜箔是 PCB 中主要的导热介质，其布局和厚度对散热效果影响显著。一方面，铜箔厚度越厚，导热能力越强，常规 PCB 铜箔厚度为 1oz（35μm），而高功率 PCB 需选用 2~4oz 的厚铜箔，若仍采用薄铜箔，会导致热量传导效率低下；另一方面，铜箔布局不合理，如发热器件周围未设计散热敷铜、敷铜区域未与接地层连通，会导致热量无法向四周扩散，形成局部高温区。

 

元器件的布局是 PCB 热管理设计的关键环节，很多热管理问题都源于布局失误。最常见的问题是热源集中布置，即将多个高功率器件（如芯片、电源模块）密集排列在 PCB 的同一区域，导致热量叠加，局部温度急剧升高；其次是发热器件靠近热敏器件，如将电源芯片与传感器、精密芯片相邻布局，高温会直接影响热敏器件的性能；此外，元器件与 PCB 板边距离过近，会阻碍空气流通，降低自然散热效率。

 

即使 PCB 设计阶段的热管理方案足够完善，恶劣的应用环境也会诱发热管理问题。一是密闭空间应用，如工业控制柜、汽车电子模块内部，空气流通不畅，热量无法通过对流散热排出；二是高温环境应用，如户外设备、新能源汽车发动机舱，环境温度本身就接近 PCB 的工作温度上限，进一步压缩了散热余量；三是散热结构设计缺失，如未安装散热片、导热硅胶，或散热片与 PCB 接触不良，导致热量无法有效传导至外部散热装置。

 

 

PCB 热管理问题是设计、材料、工艺、应用等多因素共同作用的结果。捷配在为客户提供 PCB 定制服务时，会从基材选型、叠层设计、铜箔布局等环节进行全流程热管理优化，确保产品在复杂环境下稳定运行。