PCB辅助散热设计方法，外部措施让散热效果再升级
来源：捷配
时间: 2026/01/27 10:39:37
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首先要明确的是，PCB 辅助散热设计的核心逻辑是：通过外部结构或设备，增大散热面积、加快热量交换速度，将 PCB 上的热量快速从元器件表面、PCB 表面传导至外界环境。辅助散热措施并非独立存在，而是要与 PCB 的内置散热措施紧密配合，只有当 PCB 自身的热量传导路径通畅，辅助散热措施才能发挥最大效果；如果 PCB 自身的传导路径堵塞，再多的外部散热措施也只是 “治标不治本”。因此，在设计辅助散热措施前，必须确保 PCB 的基材、铜层、布局、布线设计符合散热要求，让热量能顺利从元器件传导至 PCB 表面，再通过辅助散热措施散出。
接下来我们依次介绍 PCB 最常用的辅助散热设计方法，包括各自的适用场景、设计技巧和实操注意事项，方便大家根据产品的功耗、应用场景、成本要求选择合适的散热方式。
一、散热片散热：最通用、性价比最高的辅助散热方式
散热片散热是目前 PCB 设计中应用最广泛的辅助散热方式，通过在高热功耗元器件（如芯片、功率管）表面安装散热片，利用散热片的大面积金属结构，增大散热面积，将元器件产生的热量快速传导至散热片表面，再通过自然风冷散出到外界。散热片的材质主要为铝合金（6063、6061），优势是重量轻、成本低、导热性能好（热导率约 150~200 W/(m?K)），部分高端场景会采用铜质散热片（热导率约 400 W/(m?K)），导热性能更好，但成本高、重量大。
适用场景：中低功率 PCB 设计，如消费类电子、中小功率电源、工业控制板等，元器件功耗在 10~100W 之间，自然风冷即可满足散热需求。
设计技巧：
- 散热片的尺寸要与元器件的功耗匹配，功耗越大，散热片的表面积越大、厚度越厚，一般建议散热片的表面积为元器件散热面的 5~10 倍；
- 高热元器件与散热片之间要紧密接触，中间需贴装导热硅胶 / 导热垫片，填充元器件与散热片之间的微小间隙，减少热阻，提升热量传导效率；
- 散热片的安装要牢固，可采用螺丝固定、卡扣固定或背胶粘贴，螺丝固定的散热效果最佳，背胶粘贴仅适用于低功耗元器件；
- 散热片的翅片要与空气流动方向一致，增大空气接触面积，加快热量交换，避免翅片堵塞导致散热效果下降。
实操注意事项：散热片的安装位置要避开 PCB 上的高电压线路，防止因散热片导电导致短路；同时，散热片要进行接地处理，避免产生电磁干扰，影响产品的电气性能。
二、导热材料应用：填补间隙，降低热阻的核心纽带
导热材料并非独立的散热方式，而是连接元器件、PCB 与散热结构（散热片、金属外壳）的核心纽带，其作用是填补接触面之间的微小间隙，减少接触热阻。我们知道，任何物体的表面都存在微观的凹凸不平，当两个物体接触时，实际的接触面积远小于表观面积，间隙中充满空气，而空气的热导率极低（约 0.026 W/(m?K)），会形成很大的接触热阻，阻碍热量传导。导热材料的核心作用就是替代空气，填充间隙，让热量能顺利通过接触面传导。
PCB 设计中最常用的导热材料有导热硅胶、导热垫片、导热双面胶、导热硅脂，各自的特性和适用场景不同，需按需选择：
- 导热硅脂：膏状，热导率较高（1~5 W/(m?K)），无粘性，需配合固定结构使用，适用于高热功耗元器件与散热片的硬接触，如大功率芯片、功率管，但导热硅脂易干涸，长期使用会影响散热效果；
- 导热硅胶片：片状，有一定的弹性和粘性，热导率适中（0.8~3 W/(m?K)），可根据间隙厚度选择不同规格，安装方便，适用于元器件与散热片之间有轻微间隙的场景，是目前最通用的导热材料；
- 导热双面胶：带粘性的导热材料，热导率较低（0.3~1 W/(m?K)），安装简便，可直接将散热片粘贴在元器件表面，适用于低功耗元器件的简易散热，无需额外固定结构；
- 导热灌封胶：液体状，固化后形成固体，热导率适中（0.8~2 W/(m?K)），适用于 PCB 整体灌封的场景，如户外设备、防水设备，既能散热，又能起到防水、防尘、防震的作用。
设计技巧：选择导热材料时，核心关注热导率和厚度，热导率越高，散热效果越好；厚度要与接触面的间隙匹配，一般建议导热材料的厚度略大于间隙厚度，确保能充分填充间隙，同时避免厚度过大导致热阻增加。
三、风冷散热：强制加快空气流动，提升散热效率
对于中高功率 PCB 设计，当自然风冷（散热片 + 空气自然流通）无法满足散热需求时，就需要采用强制风冷散热，通过风扇、鼓风机等设备，加快 PCB 周围的空气流动速度，将 PCB 表面和散热片上的热量快速带走，大幅提升散热效率。风冷散热的核心优势是成本低、安装方便、散热效果提升明显，是工业设备、大功率电源中最常用的强制散热方式。
适用场景：元器件功耗在 100~500W 之间，工作环境温度较高，自然风冷无法将温度控制在额定范围的 PCB，如工业变频器、服务器电源、光伏逆变器等。
设计技巧：
- 风扇的选择要根据 PCB 的散热需求，关注风量和风压两个核心指标，风量越大，空气流动速度越快，散热效果越好；风压越大，能克服散热片、元器件的阻力，让空气更顺畅地流过 PCB；
- 风扇的安装位置要遵循 “进风低、出风高” 的原则，让冷空气从 PCB 的下方进入，热空气从上方排出，符合热空气上升的物理规律，避免热回流；
- PCB 的布局要与风扇的出风方向一致，高热元器件集中布置在风扇的出风口方向，让冷风能直接吹过高热区和散热片，提升散热效率；
- 风扇与 PCB 之间要预留足够的通风空间，一般建议间距不小于 30mm，避免因空间狭小导致空气流动不畅，同时要在设备外壳设计进风口和出风口，保证空气的循环。
实操注意事项：风扇属于易损件，设计时要考虑风扇的使用寿命和维护性，预留风扇的更换空间；同时，风扇工作时会产生振动和噪音，要采取防震、降噪措施，避免影响产品的稳定性和使用体验。
四、液冷散热：超高功率 PCB 的高效散热方式
对于超高功率 PCB 设计，如新能源汽车的车载功率模块、储能变流器、大功率激光设备等，元器件功耗超过 500W，热流密度极高，风冷散热的效果已无法满足需求，这时就需要采用液冷散热，通过冷却液在散热管路中循环，将 PCB 上的热量快速带走。液冷散热的核心优势是散热效率高，因为冷却液的热导率和比热容远大于空气，能快速吸收大量热量，同时液冷散热的噪音低、体积小，适用于对散热效率和空间要求较高的场景。
液冷散热主要分为水冷和油冷，PCB 设计中以水冷为主，冷却液一般为去离子水或专用冷却液，通过水冷板、散热管路与 PCB 的高热区接触，吸收热量后，冷却液通过水泵循环至散热器，将热量散出到外界。
适用场景：超高功率、高热流密度的 PCB 设计，元器件功耗超过 500W，工作环境对噪音、体积有严格要求的场景。
设计技巧：
- 水冷板要与 PCB 的高热区紧密接触，中间贴装高导热硅胶片，确保热量能快速从 PCB 传导至水冷板；
- 水冷管路的布局要合理，避免管路弯曲过多导致冷却液流动阻力增大，同时要保证冷却液能均匀流过水冷板的各个区域；
- 要设计冷却液的循环系统，包括水泵、散热器、储液箱，水泵的流量要与散热需求匹配，散热器的散热面积要足够大，确保能将冷却液中的热量散出；
- 液冷系统要做好密封处理，防止冷却液泄漏导致 PCB 短路，同时要考虑冷却液的防冻、防腐，适用于不同的工作环境。
实操注意事项：液冷散热的结构复杂、成本较高，设计时需要 PCB 工程师、结构工程师、流体工程师协同配合，确保液冷系统的可靠性和散热效果；同时，液冷系统需要定期维护，更换冷却液、检查密封性能。
五、金属外壳散热：PCB 整体散热的有效方式
对于小型化、集成化的 PCB 设计，如便携式设备、车载小型电子模块，无法安装散热片、风扇等散热结构，这时可以采用金属外壳散热，将 PCB 安装在金属外壳（铝合金、镁合金）内部，利用金属外壳的良好导热性能，将 PCB 上的热量传导至外壳表面，再通过外壳与外界空气的接触散出，实现 PCB 的整体散热。
适用场景：小型化、集成化的低中功率 PCB 设计，无额外散热空间，同时对设备的防护性有要求的场景。
设计技巧：
- PCB 与金属外壳之间要贴装导热垫片或导热硅胶，填充两者之间的间隙，提升热量传导效率；
- 金属外壳的表面要设计散热纹、散热凹槽，增大外壳的散热面积，加快热量散出；
- 将 PCB 的高热元器件尽量布置在靠近金属外壳的位置，让热量能直接传导至外壳，减少传导路径；
- 金属外壳要进行接地处理，既可以提升散热效果，又能起到电磁屏蔽的作用，提升产品的抗干扰能力。
最后，我们要强调的是，PCB 辅助散热设计并非 “越高端越好”，而是要根据产品的功耗、应用场景、成本要求、空间限制，选择合适的散热方式，甚至采用多种散热方式结合的 “复合散热”，比如散热片 + 强制风冷、导热材料 + 金属外壳散热等。同时，辅助散热设计要与 PCB 的内置散热措施紧密配合，让热量从元器件产生，到通过 PCB 传导，再到通过外部措施散出，形成一个通畅、高效的散热系统。
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