所謂熱設(shè)計就是把電源適配器輸入的熱量降至最低,并提高散熱效果,把電子設(shè)備內(nèi)部有害的熱量排出到電子設(shè)備外部的環(huán)境中,獲得合適的工作溫度,使其不超過可靠性規(guī)定的限值,確保設(shè)備可靠、安全的工作。電子設(shè)備的熱設(shè)計可分為3個層次。
(1)電子設(shè)備機箱、機框及方腔等的系統(tǒng)級別的熱設(shè)計,即系統(tǒng)級(systems)熱設(shè)計。
(2)電子模塊、散熱器、PCB級別的熱設(shè)計,即封裝級(packages)熱設(shè)計。
(3)元器件級別的熱設(shè)計,即組件級(components)熱設(shè)計。
系統(tǒng)級熱設(shè)計主要研究電子設(shè)備所處環(huán)境的溫度對其影響,環(huán)境溫度是系統(tǒng)級熱設(shè)計的重要邊界條件。系統(tǒng)級熱設(shè)計是采取措施控制環(huán)境溫度,使電子設(shè)備在適宜的溫度環(huán)境下進行工作。
系統(tǒng)級制造商所面對的最大問題就是研發(fā)一種散熱效率高的機箱、機框及方腔,以使熱量可以迅速地導(dǎo)入至環(huán)境中。每一種電子設(shè)備的設(shè)計考慮都是不同的,并且需要清楚地了解電子設(shè)備性能和所受的尺寸限制。例如,在金屬塊和PCB墊片間必須進行可靠和有效的連接。通常,熱量通過PCB上的熱過孔到達另一層的銅塊上,之后,熱量再通過導(dǎo)熱的方式進入外殼或外部散熱器中。
當一個外殼內(nèi)需要去除大量的熱時,需要一個外部散熱器,外部散熱器擴展了換熱表面,便于熱量進入空氣中。散熱器常用的材料是鋁或銅。由于散熱器和空氣之間為對流換熱,所以有必要對散熱器的幾何外形進行優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計必須考慮散熱器周圍的空氣流動情況,而這一區(qū)域的空氣流動又受到散熱器的影響,這是散熱器優(yōu)化設(shè)計所要面對的挑戰(zhàn)。散熱器的性能取決于材料、翅片數(shù)、翅片厚度和基板厚度等參數(shù)。銅材料具有很高的熱導(dǎo)率,但相同體積下鋁的質(zhì)量更輕,同時價格也更便宜。例如,在一些PCB中通過使用一些基板來提升傳熱能力,這些基板使用陶瓷或覆有銅、鋁或其他材料。
封裝級熱設(shè)計在國外發(fā)展較為成熟,出現(xiàn)了電子元器件封裝專業(yè)。封裝級熱設(shè)計與設(shè)備的電路設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(guān)。對PCB基材進行適當選擇是封裝級熱設(shè)計的重要內(nèi)容。覆銅箔層壓板的種類和特性是PCB設(shè)計和制造工藝人員所關(guān)心的項目,除了一般要求的強度、絕緣、介質(zhì)系數(shù)等外,對覆銅板的熱性能有特殊要求。覆銅板的熱性能有兩個方面的內(nèi)容。