背景:兩種常見(jiàn)的散熱設(shè)計(jì)思路
在大電流或高功率器件應(yīng)用中,散熱和載流能力是PCB設(shè)計(jì)中必須解決的難題。常見(jiàn)的兩種思路分別是:
厚銅板方案:通過(guò)整體增加銅箔厚度(如3oz、6oz甚至更高),增強(qiáng)導(dǎo)熱和載流能力。
埋嵌銅塊方案:在局部高熱區(qū)域嵌入銅塊,形成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的快速散熱通道。
設(shè)計(jì)人員經(jīng)常會(huì)糾結(jié),到底該用厚銅板,還是埋嵌銅塊?
厚銅板方案:整體增強(qiáng),但不夠“精準(zhǔn)”
厚銅板的最大優(yōu)點(diǎn)在于整體性能提升:
優(yōu)點(diǎn):電流承載能力強(qiáng),適合大面積走線;熱量能在較大范圍內(nèi)擴(kuò)散。
典型應(yīng)用:電源轉(zhuǎn)換器、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電樁控制板等。
挑戰(zhàn):
制程難度大,蝕刻精度下降,容易導(dǎo)致線寬線距失控;
多層板壓合不易,可靠性下降;
在某些局部熱點(diǎn)場(chǎng)景下,銅厚增加帶來(lái)的溫降有限。
換句話說(shuō),厚銅板適合“全局型”散熱和載流,但在局部高熱點(diǎn)上,提升效果并不一定顯著。
埋嵌銅塊方案:直擊熱點(diǎn),但增加工藝復(fù)雜度
埋嵌銅塊屬于“靶向治療”——只在發(fā)熱源下方嵌入銅塊。
優(yōu)點(diǎn):局部導(dǎo)熱路徑極短,可以顯著降低器件結(jié)溫;適合解決LED、MOSFET、功率放大器這類局部高熱問(wèn)題。
典型應(yīng)用:高功率LED照明、電源模塊、汽車電子功率單元。
挑戰(zhàn):
加工工藝要求高,銅塊與基板間如果存在氣隙,熱阻反而增加;
熱膨脹系數(shù)差異會(huì)帶來(lái)應(yīng)力問(wèn)題,長(zhǎng)期可靠性需驗(yàn)證;
成本高于普通厚銅板。
因此,它的優(yōu)勢(shì)是“局部精準(zhǔn)”,但整體散熱依賴于板材和外部結(jié)構(gòu)的配合。
如何選擇?
從實(shí)際工程角度,選擇取決于熱源分布和系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo):
熱源分布廣泛、大電流路徑長(zhǎng) → 厚銅板更合適。
單點(diǎn)高功率器件、需要快速導(dǎo)熱 → 埋嵌銅塊效果更佳。
混合應(yīng)用:有時(shí)兩種方案會(huì)結(jié)合使用,例如在電源板上采用厚銅走大電流,再在關(guān)鍵MOSFET位置埋入銅塊,形成局部“散熱窗口”。
隨著高功率密度電子產(chǎn)品的發(fā)展,單一方案很難完全滿足需求。越來(lái)越多的設(shè)計(jì)正在探索厚銅+埋銅塊的混合策略,甚至轉(zhuǎn)向金屬基板或陶瓷基板來(lái)應(yīng)對(duì)更嚴(yán)苛的散熱要求。