电路板如何散热？

2024/11/14

在电子设备中，电路板的散热问题至关重要。良好的散热设计可以保证电路板上的电子元件在合适的温度环境下工作，从而提高设备的可靠性和使用寿命。以下是一些常见的电路板散热方法。
一、利用散热片
（一）原理
散热片通常由具有高导热率的金属材料（如铝或铜）制成。其工作原理是通过增大散热面积，将电子元件产生的热量快速传导到散热片表面，然后利用空气的自然对流或强制对流将热量散发到周围环境中。例如，对于功率较大的芯片，将散热片直接安装在芯片表面，热量会从芯片传递到散热片。
（二）应用
在设计电路板时，要为需要散热的元件预留合适的空间安装散热片。散热片的形状和尺寸根据元件的发热量和电路板的空间来选择。有些散热片还带有散热鳍片，可以进一步增加散热面积。同时，为了保证散热效果，需要在散热片与电子元件之间涂抹导热硅脂，以减少接触热阻，提高热传导效率。

二、通过PCB板自身设计散热
（一）增加铜箔面积
增加PCB板上的铜箔面积可以提高其散热能力。在设计电路板布线时，可以适当增加电源线和地线的宽度，因为这些线路通常有较大的电流通过，会产生热量。此外，对于发热元件周围的铜箔，可以采用大面积铺铜的方式。例如，在一些功率放大器周围，通过大面积的铜箔将热量分散开，然后再通过PCB板与空气的接触将热量散发出去。
（二）使用金属芯PCB
金属芯PCB是一种将金属板（如铝、铜等）作为PCB的基层的设计。金属基层具有良好的热导率，能够快速将热量传导出去。这种类型的PCB适用于对散热要求较高的场合，如高功率密度的电源电路或照明电路。电子元件产生的热量可以通过金属芯迅速传递到电路板的边缘或安装表面，再通过外部的散热措施（如散热器或机箱）散发出去。
三、采用风扇进行强制风冷
（一）风扇类型与选择
风扇是一种常见的强制风冷设备。根据不同的应用场景，可以选择轴流风扇或离心风扇。轴流风扇适用于在一个方向上产生较大的气流，常用于机箱内的电路板散热；离心风扇则可以在更复杂的空间内产生气流，对于一些结构紧凑、散热空间有限的电路板有较好的散热效果。在选择风扇时，需要考虑风量、风压、噪音等因素，根据电路板的发热量和散热空间来确定合适的风扇参数。
（二）风道设计
在使用风扇散热时，合理的风道设计非常重要。要确保风扇产生的气流能够有效地流过发热元件和散热片，将热量带走。可以通过在电路板上设置导流板、在机箱内规划气流通道等方式来优化风道。例如，在电脑主板的散热设计中，通过机箱前面板进风，风扇将气流引导经过CPU散热器、显卡等发热元件，然后从机箱后面板或顶部排出热空气。
四、液体冷却系统
（一）原理与类型
液体冷却系统利用液体（如水或专用冷却液）的高比热容和良好的热传导性来散热。常见的液体冷却方式包括冷板冷却和热管冷却。冷板冷却是将电路板安装在带有液体通道的冷板上，冷却液在通道内流动带走热量；热管冷却则是利用热管内部的工质在蒸发和冷凝过程中的相变来传递热量，热管可以将热量从发热元件传递到较远的散热区域。
（二）应用场景
液体冷却系统适用于发热量非常大且对温度控制要求严格的电路板，如高性能服务器的主板、高端图形处理单元（GPU）电路板等。液体冷却可以在有限的空间内实现高效的散热，但液体冷却系统相对复杂，成本较高，需要考虑冷却液的泄漏、维护等问题。
五、优化电路板布局
（一）元件分布
在电路板布局时，将发热元件分散布置，避免热量集中在某个区域。例如，将多个功率电阻或芯片均匀分布在电路板上，而不是集中在一起，这样可以利用整个电路板的面积来散热，减少局部热点的形成。
（二）考虑空气流动
要考虑电路板周围空气的自然流动方向，将发热元件放置在空气流动路径上，有利于热量的自然散发。同时，避免在发热元件上方或附近放置阻碍空气流通的元件或结构。
电路板的散热需要综合考虑多种因素，根据电路板的具体应用场景、发热量和对温度的要求，选择合适的散热方法或多种方法的组合，以确保电路板的稳定可靠运行。