【導(dǎo)讀】關(guān)于PCB設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，本站上內(nèi)容足夠大家學(xué)習(xí)，但是很多內(nèi)容都是枯燥乏味的。這里小編以一個(gè)辯論會(huì)的形式為大家詳細(xì)講解關(guān)于PCB散熱的相關(guān)知識(shí)，看看這些家伙是怎么理解PCB散熱到底是咋回事的？
何貝和瑞納塔爭(zhēng)論的聲音很大，以至于我認(rèn)為他們正在進(jìn)行橄欖球比賽的輸贏賭博。瑞納塔總是選擇具有目前最好四分衛(wèi)的隊(duì)伍，而何貝總是選擇地理位置上更接近他家鄉(xiāng)的隊(duì)伍。
何貝斷言底特律雄師將肆虐綠灣包裝工前線（兩支均為美國(guó)國(guó)家橄欖球聯(lián)盟球隊(duì)），“他們會(huì)將它做成瑞士干酪！”
我模仿霍莫•辛普森（美國(guó)電視動(dòng)畫《辛普森一家》中主角）的口吻說(shuō)：“瑞士干酪。”
瑞納塔指著我說(shuō)：“有一個(gè)家伙可以平息這場(chǎng)紛爭(zhēng)。”她猛烈地在白板上畫草圖，并且記號(hào)筆墨水濺到了她的臉頰上。
我說(shuō)：“哦，橄欖球不是我所擅長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)。”
何貝說(shuō)：“橄欖球？伙計(jì)，你的思緒快回到辦公室吧。我們完全是在討論散熱問(wèn)題。”
我說(shuō)：“哦，我希望聽(tīng)到一些有趣的東西。這些X和D的符號(hào)是什么意思？”
瑞納塔搶在何貝之前說(shuō)：“這是我避免心靈感應(yīng)（Telepathic Port Module）遭受散熱問(wèn)題的新想法。我們采用PCB作為心靈/光學(xué)變壓器（Psychic / Optical Transformer）的散熱器。
瑞納塔是來(lái)自塞多納實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師。她的艱巨任務(wù)是組裝HBU，正如她所說(shuō)的：“將4.54kg的大腦放到一個(gè)2.27kg的盒子中。”瑞納塔的父親曾是卡特政府的官員，負(fù)責(zé)英制單位和公制單位的轉(zhuǎn)換。
何貝說(shuō)：“自從她讀了你的書之后，瑞納塔認(rèn)為她是一個(gè)資歷較淺的熱設(shè)計(jì)專家。”
我說(shuō)：“所以說(shuō)你是一個(gè)熱設(shè)計(jì)專家！你為什么不告訴我關(guān)于你散熱器的想法？”
瑞納塔給了我一個(gè)類似長(zhǎng)途接線員似的勉強(qiáng)微笑。我從網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)散熱論壇中得到了這個(gè)想法。這個(gè)叫斯派克的家伙說(shuō)如果你在你的PCB板中加入銅層，你可以將元件的熱阻減少一半！”
何貝點(diǎn)頭表示贊同，“你的Thermal Tip of the Day #142甚至說(shuō)由元件產(chǎn)生的熱量通過(guò)元件引腳進(jìn)入到PCB板中，所以那是有道理的。”
我不確定地說(shuō)：“行，那X和D又代表什么？”
瑞納塔說(shuō)：“這是另一個(gè)名為KirkNSpock的家伙說(shuō)他在一本雜志上看到你可以在PCB板上鉆一些孔來(lái)提升板子的散熱能力。他說(shuō)：“增加表面積或其它一些什么。所以那就是我想對(duì)TPM所做的。在POX周圍增加一些孔。我想要何貝告訴我在哪些位置可以增加孔，從而不會(huì)切斷走線。”
我問(wèn)：“板子上打孔？“我之前從未聽(tīng)說(shuō)過(guò)。它們是如何有助于元件散熱的？”
何貝說(shuō)：“我也想知道原因。但因?yàn)槟莻€(gè)匿名的網(wǎng)絡(luò)家伙在雜志上看到這個(gè)方法，它應(yīng)該是真實(shí)的。他說(shuō)他也不知道其中原理，但他宣稱測(cè)試結(jié)果顯示板子的孔可以使元件溫度更低。”
瑞納塔說(shuō)：“我的解釋是空氣通過(guò)這些孔，產(chǎn)生湍流，這會(huì)強(qiáng)化熱交換的程度。此外，你將所有高溫的功率層暴露在冷空氣中，這也會(huì)使整塊PCB板溫度更低。這使我認(rèn)為孔的尺寸應(yīng)該是很大，它的直徑應(yīng)該大約為10～25mm。”
何貝問(wèn)：“它和美元硬幣中哪一個(gè)尺寸相類似？”
我說(shuō)：“大約像一個(gè)便士的尺寸。”
何貝說(shuō)：“我認(rèn)為這些孔增加了板子的輻射換熱量。上個(gè)月我在理發(fā)店的《科學(xué)美國(guó)》中看到一個(gè)洞可以看做一個(gè)黑體輻射器。我們想讓板子布滿微小的黑體洞輻射器，所以它們應(yīng)該是小的孔，直徑尺寸大約為1/16英寸。”
我說(shuō)：“哇，那不像我的理發(fā)店所具有的雜志。”
瑞納塔說(shuō)：“所以我們需要你來(lái)平息這場(chǎng)爭(zhēng)端。我們想對(duì)這塊板子增加一些孔，從而使板子成為更好的散熱器。告訴我們這些孔的尺寸多大和布置在哪里可以給我們帶來(lái)最好的熱性能。”
我盯著板子布局好一會(huì)兒后說(shuō)：“為了獲得板子最小的溫升，你應(yīng)該有一個(gè)直徑為1/8英寸的孔，他的位置就在輸入熔斷器的旁邊。”
何貝看著我在板子布局圖中畫的大圓點(diǎn)。他恍然大悟說(shuō)：“但那個(gè)孔正好切到了提供所有板子電功率的走線上！”
我說(shuō)：“是的，沒(méi)有功率就沒(méi)有熱量，更沒(méi)有溫升。這是唯一板子上鉆孔能減少它溫升的方法。”
瑞納塔嘗試著說(shuō)：“但增加表面積…”
我說(shuō)：“任何比此孔大的孔都會(huì)浪費(fèi)更多的表面積。”
她說(shuō)：“但關(guān)于增加湍流…”
我解釋說(shuō)：“除非你將板子與風(fēng)扇出風(fēng)成90°角，否則不會(huì)有任何空氣流過(guò)這些孔，所以它們不會(huì)對(duì)空氣湍流流動(dòng)產(chǎn)生任何影響。”
何貝急忙講：“但孔的輻射…”
“對(duì)于輻射視線范圍內(nèi)有一個(gè)低溫表面是相當(dāng)重要的。你的孔能夠輻射熱量到相鄰板子嗎？這些相鄰的板子具有和鉆孔板子相同的溫度。聽(tīng)起來(lái)就像你的常識(shí)從你顱骨中的空腔輻射出來(lái)。”
何貝哀號(hào)著說(shuō)：“嗨！”他的手下意識(shí)地摸索著他的頭頂，似乎為了打開(kāi)一個(gè)孔。
我說(shuō)讓我們討論一下使用PCB板作為元件散熱器。你猜怎么著？你沒(méi)有任何選擇！瑞納塔，你提到了元件的熱阻。你是否知道他們是如何測(cè)量元件結(jié)溫和環(huán)境之間所謂的熱阻（θ_JA）？元件被焊到一塊4平方英寸的測(cè)試板上。所以在元件說(shuō)明書中的熱阻值已經(jīng)包括了一塊相當(dāng)大板子散熱的影響。當(dāng)電視廣告中播放一些新款的電子玩具時(shí)，演播員總是在結(jié)尾說(shuō)：“不包括電池。”我認(rèn)為在元件說(shuō)明書中靠近θ_JA值附近應(yīng)該被注明：不包括標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板。”
“那就是我暗示你沒(méi)有任何選擇的原因。為了得到至少和元件說(shuō)明書中一樣好的熱阻值，你不得不使用一塊至少與測(cè)試時(shí)使用板子一樣好的PCB板。”
瑞納塔驚愕地坐在那里好一會(huì)兒，之后問(wèn)：“我們?nèi)绾尾拍苤牢覀兊陌遄由嵝阅鼙葴y(cè)試時(shí)所用板子更好？”
我說(shuō)：“好問(wèn)題，這個(gè)答案是你無(wú)法知道，因?yàn)樵?yīng)商沒(méi)有告訴你他們的測(cè)試板是什么樣的。它可能是只含有少量信號(hào)線的單層板。有時(shí)也可能是僅含有信號(hào)線的雙面板。有時(shí)它內(nèi)部會(huì)具有功率層和地層。板子的含銅量越多，它的熱擴(kuò)散性能越好。那如何與你的板子進(jìn)行對(duì)比？”
何貝說(shuō)：“我們的板子是具有4層功率層和4層地層的16層板子。聽(tīng)起來(lái)它應(yīng)該散熱更好。”
我說(shuō)：“可能是，也有可能不是。歸根到底，你的板子上不只一個(gè)元件。如果你的板子上有許多高功率元件，那么對(duì)于內(nèi)部銅線而言就沒(méi)有多少可以散熱的面積。”
何貝咬著他的嘴唇說(shuō)：“在板子上有12個(gè)POX芯片和其它16個(gè)高功率元件。”
實(shí)驗(yàn)室內(nèi)頓時(shí)變得鴉雀無(wú)聲。
瑞納塔開(kāi)始去擦白板。她說(shuō)：“你不喜歡孔的原因僅僅是因?yàn)樗鼇?lái)自一個(gè)網(wǎng)絡(luò)論壇嗎？”
我說(shuō)，“等，等一下！”填滿孔的墨水給了我一個(gè)想法。“我想KirkNSpock可能是對(duì)的！”
何貝說(shuō)：“我了解孔的輻射。”
“不，這與輻射或空氣通過(guò)孔沒(méi)有關(guān)系。當(dāng)那個(gè)網(wǎng)絡(luò)家伙說(shuō)通過(guò)增加孔可以降低元件溫度，他并不是說(shuō)孔；他意思是其它形式的孔，那種你經(jīng)常用來(lái)將板子不同層連接起來(lái)的孔，你將其成為什么？”
何貝說(shuō)：“熱過(guò)孔？”
我說(shuō)：“是的！熱過(guò)孔！當(dāng)然！這些熱過(guò)孔連接了布滿銅的板子各個(gè)層！這使板子具有更好的熱擴(kuò)散性。使用板子作為散熱器的一個(gè)問(wèn)題是絕大多數(shù)元件都是表貼元件。元件的引線僅僅與板子頂部的信號(hào)層相連，在這一層中幾乎沒(méi)有多少銅。實(shí)際上你希望板子內(nèi)銅量多的層能連接到一起，但由于板子內(nèi)絕緣環(huán)氧層很差的導(dǎo)熱性，熱量很難進(jìn)入到這些含銅量多的層中。但如果你利用熱過(guò)孔將板子內(nèi)頂層與其它內(nèi)部含銅層連接起來(lái)，板子內(nèi)的熱擴(kuò)散會(huì)得到很大改善。那個(gè)網(wǎng)絡(luò)家伙是對(duì)的——增加許多熱過(guò)孔可以使板子成為一個(gè)更好的散熱器。他僅僅因?yàn)槭褂靡恍┎痪_的術(shù)語(yǔ)，使你的想法進(jìn)入了錯(cuò)誤的軌道。所有的熱過(guò)孔是孔，但并不是所有的孔都是熱過(guò)孔。”
瑞納塔說(shuō)：“熱過(guò)孔！那下一步建議我該怎么做！”
何貝說(shuō)：“把白板先擦干凈！盡管熱過(guò)孔有所幫助。因?yàn)榘遄由嫌幸恍┕潭ǖ目?，所以可能沒(méi)有太多空間來(lái)容納許多熱過(guò)孔。”
我說(shuō)：“只要這場(chǎng)紛爭(zhēng)平息，之后，我會(huì)去看看橄欖球彩票。”
