电子产 品开发线路板散热设计基材选择方法

日期:2018-05-26 / 人气: / 来源:www.

1.选材

PCB基材应 根据焊接要求和印制板基材的耐热性,选择耐热性好、CTE(Coefficients of Thermal Expansion,热膨胀系数)较小或与元器件 CTE 相适应的印制板基材,尽量减 小元器件与印制板基材之间的CTE相对差。

基材的 玻璃化转变温度(Tg)是衡量 基材耐热性的重要参数之一,一般基材的 Tg 低,热膨胀系数就大,特别是在 Z 方向(板的厚度方向)的膨胀更为明显,容易使镀覆孔损坏;基材的 Tg高,一般膨胀系数小,耐热性相对较好,但是 Tg过高基材会变脆,机械加工性下降。故选材 时要兼顾基材的综合性能。

印制板 的导线由于通过电流会引起温升,故加上 规定环境温度值后温度应不超过125℃,125℃是常用的典型值,根据选 用的板材可能不同。由于元 器件安装在印制板上也发出一部分热量,影响工作温度,故选择 材料和印制板设计时应考虑到这些因素,即热点温度应不超过 125℃,尽可能 选择更厚一点的覆铜箔。

随着开 关电源等电子功率产品的小型化,表面贴 片元器件广泛运用到这些产品中,这时散 热片难于安装到一些功率器件上。在这种 情况下可选择铝基、陶瓷基 等热阻小的板材。可以选择铝基覆铜板、铁基覆铜板等金属PCB作为功率器件的载体,因为金属 PCB 的散热 性远好于传统的PCB,且可以贴装SMD元器件。也可以采用一种铜芯PCB,该基板 的中间层是铜板,绝缘层 采用的是高导热的环氧玻纤布黏结片或高导热的环氧树脂,可以双面贴装SMD 元器件。大功率 SMD 元器件可以将 SMD 自身的 散热片直接焊接在金属 PCB 上,利用金属PCB中的金属板来散热。

还有一种铝基板,在铝基 板与铜箔层间的绝缘层采用的是高导热性的导热胶,其导热 性要大大优于环氧玻纤布黏结片或高导热的环氧树脂,且导热 胶厚度可根据需要来设置。

热膨胀对PCB的影响

2.CTE(热膨胀系数)的匹配

在进行PCB设计时,尤其是 进行表面安装用PCB的设计时,首先应考虑材料的CTE匹配问题。IC封装的 基板有刚性有机封装基板、挠性有机封装基板、陶瓷封装基板3类。采用模塑技术、模压陶瓷技术、层压陶 瓷技术和层压塑料4种方式进行封装的IC,PCB基板用 的材料主要有高温环氧树脂、BT树脂、聚酞亚胺、陶瓷和难熔玻璃等。由于IC封装基 板用的这些材料耐温较高,X、Y方向的 热膨胀系数较低,故在选 择印制板材料时应了解元器件的封装形式和基板的材料,并考虑 元器件焊接时工艺过程温度的变化范围,选择热 膨胀系数与之相匹配的基材,以降低 由材料的热膨胀系数差异引起的热应力。

采用陶 瓷基板封装的元器件的 CTE 典型值为 5~7×10−6/℃,无引线陶瓷芯片载体LCCC 的 CTE 范围是 3.5~7.8×10−6/℃,有的器 件基板材料采用与某些印制板基材相同的材料,如 PI、BT 和耐热环氧树脂等。不同材料的 CTE 值如下表。在选择 印制板的基材时应尽量考虑使基材的热膨胀系数接近于器件基板材料的热膨胀系数。

不同PCB线路板基材的CTE(热膨胀系数)值
材料 CTE范围(×10−6/℃)
散热片用铝板 20~24
17~18.3
环氧E玻璃布 13~15
BT树脂—E玻璃布 12~14
聚酰亚胺—E玻璃布 12~14
氰酸酯—E玻璃布 11~13
氰酸酯—S玻璃布 8~10
聚酰亚胺E玻璃布及铜—因瓦—铜 7~11
非纺织芳酰胺/聚酰亚胺 7~8
非纺织芳酰胺/环氧 7~8
聚酰亚胺石英 6~10
氰酸酯石英 6~9
环氧芳酰胺布 5.7~6.3
BT—芳酰胺布 5.0~6.0
聚酰亚胺芳酰胺布 5.0~6.0
铜—因瓦—铜12.5/75/12.5 3.8~5.5

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