[發明專利]一種PCB設計中的散熱設計方法

無效

• 申請號: 200710036279.9
• 申請日: 2007-01-09
• 公開（公告）號: CN101221588A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 歐陽合;潘杰;黃娟;王新成;楊海;顧群楠;劉剛;周逢華;徐暉
• 申請（專利權）人: 上海杰得微電子有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H05K7/20
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司
• 代理人: 丁紀鐵;李雋松

技術領域

本發明涉及PCB(印刷電路板)設計領域，特別涉及到一種PCB設計中的散熱設計方法，可應用于硬件電路中的PCB設計。

背景技術

通常條件下，熱量的傳遞包括三種方式：傳導、對流和輻射。傳導是指直接接觸的物體之間熱量由溫度高的一方向溫度較低的一方的傳遞，對流是借助流體的流動傳遞熱量，而輻射無需借助任何媒介，是發熱體直接向周圍空間釋放熱量。而在傳統的散熱設計中，散熱的措施有散熱器和風扇兩種方式或者二者的同時使用。散熱器通過和芯片表面的緊密接觸使芯片的熱量傳導到散熱器，散熱器通常是一塊帶有很多葉片的熱的良導體，它的充分擴展的表面使熱的輻射大大增加，同時流通的空氣也能帶走更大的熱能。風扇的使用也分為兩種形式，一種是直接安裝在散熱器表面，另一種是安裝在機箱和機架上，提高整個空間的空氣流速。然而當前電子設計正朝著小型化，便攜式方向發展。特別在便攜式電子產品中，由于電子產品的體積結構限制，使得傳統的利用散熱片，利用散熱風扇的方法已無法在產品中實現。而另一方面，由于IC設計的發展和消費者的要求的提高，在便攜式設備中CPU的主頻越來越高，電源需求也越來越高，這導致了散熱問題成了約束便攜式產品發展的一個瓶頸，一定程度上限制了便攜式產品的發展。同時，處理不好散熱問題，會對整個單板上的硬件電路造成不穩定或毀壞的可能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種PCB設計中的散熱設計方法，在不依賴外加散熱片、散熱風扇等傳統散熱裝置的前提下，盡可能的將PCB本身的散熱問題處理好。

為解決上述技術問題，本發明方法包括：步驟一、分析并確定擬設計的PCB中會產生大量熱損耗的元器件及其封裝選型；確定PCB上的芯片正常工作溫度和芯片最高極限溫度的差，以及芯片在PCB上需要的熱損耗的功耗；步驟二、分析元器件與PCB焊接接觸方式、PCB的層疊結構和制作材料以及對應的各種散熱方式；步驟三、建立模型以模擬PCB的散熱狀況并分析各種散熱方式；步驟四、根據模型計算結果設計PCB的銅箔鋪設、工藝要求、層疊結構，使芯片在所述PCB上工作時能保持正常工作溫度。上述芯片正常工作溫度指芯片在空氣隔離環境下正常工作的最高溫度，芯片最高極限溫度和芯片熱損耗的功耗由芯片廠家給出；上述步驟三建立模型指：以一個電阻網絡模擬熱阻網絡，并用任意的電路仿真工具來進行仿真計算。上述步驟四中根據模型計算結果設計PCB的銅箔鋪設、工藝要求、層疊結構為：根據模擬電阻網絡計算電阻值對于整個網絡上壓差的影響，其值即熱阻值，由該熱阻值確定需要的設計方式，通過銅箔鋪設、工藝要求、層疊結構獲得需要的熱阻。

本發明方法通過建立一個簡單的模型，改進了對PCB的設計，使元件散發出來的熱量，盡可能快的均勻到達PCB表面，使PCB在不依賴外部散熱器的情況下較好的散熱，保持工作的穩定。

附圖說明

圖1是本發明方法的流程示意圖；

圖2是一個常見PCB的結構示意圖；

圖3是對圖2中PCB建立的模型結構示意圖；

圖4是本發明一個具體實施例中的模型計算；

圖5是圖4的模型改善效果示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明方法作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發明方法主要是由以下幾個方面組成的：

A、分析一個PCB設計上會產生大量熱損耗的元器件；確定PCB上的芯片正常工作溫度和芯片最高極限溫度的差，以及芯片在PCB上需要的熱損耗的功耗；

B、分析這些元器件與PCB焊接接觸方式，以及PCB的層疊結構和制作材料，這些因素導致的各種熱導方式，由以上種種建立一個簡單的模型來模擬PCB散熱狀況；

C、根據散熱模型在PCB上設計最好的熱傳導方式，使芯片在PCB上的保持一定的溫差以滿足芯片的最高工作溫度；

在步驟A所要做的就是分析在電路設計中大功耗的器件，這類器件將在PCB產生大量的熱損耗，類似于CPU芯片，電源芯片，一些模數混合的編解碼芯片等等。

在步驟A中，還包括了對這些電路芯片的封裝選型，不同的封裝對于在PCB設計時的影響是差異很大的。通常目前的一些涉及到大功率的芯片設計，封裝通常會有散熱焊盤(Power?PAD)的設計。相對于芯片而言，通常會有一個關于封裝熱阻的概念，這個熱阻由芯片的封裝形式來決定，其決定了該芯片在封裝上的散熱良好性。同時，芯片的通常有一個在隔離空氣環境下的工作溫度和最大極限點溫度，通常情況下，我們需要讓芯片正常工作就需要使芯片的工作溫度等于最大極限溫度減去芯片封裝上的溫差和PCB上的溫差之和。