基于热可靠性的PCB板电子元件优化布局方法研究

基于热可靠性的 PCB板电子元件优化布局方法研究

丁红青

生益电子股份有限公司 广东东莞 523000

摘要：在热可靠背景下，针对PCB板电子元件优化布局工作，需要相关工作人员能够给予更多重视与关注。结合实际情况，明确热设计目的、掌握电子热设计重点，使得PCB板电子元件优化布局的科学性与合理性可以得到保障，提升其热可靠性。

关键词：热可靠性；PCB板；电子元件

引言

在如今社会快速发展背景下，很多电子产品逐渐朝着更加轻薄、短小方向发展。当今电子元器件集成度不断提升，热密度逐渐升高，这使得电子产品过热问题受到人们更多的重视与关注。如果在电子产品设计期间，没有注重热分布设计工作，那么元件产生的热流无法实现有效控制，从而影响产品工作可靠性。在此背景下，需要对PCB板电子元件进行优化布局，确保可以满足人们的需求，提升电子元件的安全性与热可靠性。

1、热可靠性与热设计分析

对于热可靠性与热设计分析，本文主要从以下几点展开：

1. 电子设备升温分析。从如今电子设备的使用中不难看出，设备功耗不断提升，为确保电子集成电路可靠性，尽量避免电子元件失效率情况出现，要及时做好电子封装热分析工作。即使大部分情况下电子设备输入功率增加瓦数相对较少，但PCB板上电子芯片体积较小，同时电子元件密度较高，那么产生的热流密度较大。基于此，在电子设备系统可靠性设计期间，要对电子封转热传输进行充分考虑^[1]。当下电子设备功能逐渐完善，结构也不断复杂，逐渐朝着多层次、微型化方向发展。外形尺寸逐渐减小，热量不断集中，使得电子设备出现局部温度过高情况，电子设备在运行过程中，始终处于高温状态中。

2. 可靠性温度影响因素分析。可靠性通常情况下主要是指，在相应的使用条件之下，电器件可以正常工作，直至整个寿命周期为止。不同电子元件对于温度有着较高敏感度，如果已经超出极限温度，那么电子元件性能会受到很大影响，造成元件受损。例如，电源模块当中的电子变压器，软磁材料居里点会受到温度强度参数影响^[2]。如果软磁材料居里点较高，那么受到温度影响较小。电子设备一般而言，是由很多不同电子元件构成，此类电子元器件功耗的出现，会造成周围温度过高、电子设备内部温度过高情况出现，增加电子设备失效率，影响电子设备可靠性，与最终使用寿命。

2、基于热可靠性的PCB板电子元件优化布局措施

2.1明确热设计目的

在热可靠性背景下，进行PCB板电子元件优化布局，需要相关工作人员能够对热设计目的有正确认识，这样才能在最大程度上保证电子元件布局优化的科学性与合理性。通常情况下，热设计的主要目的是对热传递性的应用，对不同设备失效参数进行全面把握，开展热流同路设计工作，使得设备与散热环境之间出现的热阻能够被降低，提供温度相对较低散热器，尽量实现设备内部热量的全部释放，为设备运行创造良好环境，促使设备可靠性是在温度规定范围之内，促使设备可靠性、安全性都可以得到保障。

在热设计工作开展中，要对电子设备内电子元器件温度进行有效控制，确保电子设备工作环境温度，能够在规定范围内，不会超出规定的最高安全温度。最高安全温度计算工作开展中，要将元器件应力分析作为基础保障，热设计的实质就是提供热阻最低的热流通路，促使元器件温度在最高环境中，不会超过规定的最大值。

为确保设备能够拥有较低的热阻，那么进一步强化单一形式热传递的传热量。在整个冷却系统当中，会拥有很多不同热传递方式，如果从某一特定通路进行分析，需要将其中某一种热传递作为主要传递方式。在采用其中某一种传热方式时，要将其他类型的传热方式忽略。在热设计工作开展中，可以尽量采用一种热传递方式。

2.2掌握电子热设计重点

热设计工作的开展，需要与电气设计、结构设计与可靠性设计之间同时开展，要避免对电气性能造成影响，同时还要确保符合可靠性要求，促使设备可维修性得以提升，这样在设备的整个寿命周期当中，可以节约更多维修费用。在具体冷却方案的选择中，需要相关工作人员能够结合功耗、环境温度情况、实际允许的工作温度、经济因素等展开，确保冷却方案的简单性与有效性得到保障。确保选用的方案，能够被更好应用在工程型号电子设备环境条件下。如果在特殊情况下，要实现电子设备与外界空气隔离，采用直接冷却隔离方式，或者采用间接冷却方式^[3]。如果在有辐射情况下，那么需要充分考虑敷设造成的设备过热温度问题。设备如果需要在较为恶劣的环境中工作，工作人员要给出有效防止燃料油微粒措施与灰尘沉积物防止措施等，防止设备热阻过大情况出现，影响最终冷却效果。设备工作环境如果发生变化，那么需要考虑不同因素对元器件温度造成的影响，实现对热波动的有效控制，在最大程度上避免对设备可靠性产生影响。在具体电子热设计期间，工作人员需要对以下问题进行充分考虑：

1. 确保选材的科学性与合理性。在很多情况下，PCB板电子元件导线通过电流引发的温度上升问题，其温度要保证在一百二十五摄氏度以内。元件在安装期间很有可能会放出热量，从而对工作温度造成影响。基于此，在材料选择以及设计工作中，工作人员对此类问题进行充分考虑，实现对热点温度的有效控制。可以选择稍厚的覆铜箔，在情况较为特殊情况下，可以选用热阻较小的板材，比如，铝基板材、陶瓷基板材等，采取多层板结构方式，为PCB板热设计打下良好基础。

2. 热融到的畅通行要在最大程度上保障。为确保低热阻通道建设的科学性与合理性得到保障，需要对元器件排布技术、开窗技术以及铜皮技术等进行合理应用，从而顺利导出PCB板。在设计期间可以将热通孔融入到其中，扩展散热面积，减少热阻情况出现，促使电路板功率密度能够得到提升。

3. 确保元器件排布合理性。在具体元器件排布中，要注意以下几点问题：①PCB板在热点设计过程中，要防止设计过于集中情况出现，尽量实现热点的均匀分布，促使PCB表面温度性能的均匀性与一致性可以得到保障；②在散热最佳的位置附近，要进行最高功器件与发热量最大器件布置；③要尽量避免在PCB板周围放置发热量较高的器件，如果必须将其防止在PCB板周围，那么需要提前安装散热设备；为促使PCB板电子元件热特性需求能够在最大程度上满足，在芯片底面位置，要对热导材料进行合理应用，比如，可以进行热导硅胶的涂抹，促使接触区域供器件散热可以得到保障^[4]。

4. 了解电子热设计基本要求。在具体热设计工作开展中，热设计需要保证能够将电子设备工作的最高工作温度、最好功耗条件满足；将设备预期工作内的热环境要求满足；工作人员还要明确冷却系统限制要求，能够符合规定与标准。

结束语：

综上所述，PCB板电子元件优化布局，对于提升设备热可靠性，保证电子元件、设备的安全稳定运行而言具有重要作用。因此，针对该项工作，要给予更多重视，工作人员要明确热设计重点，对不同问题进行充分考虑与分析。结合实际情况，选择合理冷却方案，做好相应模拟工作。从而推动我国电子事业的更好发展，增强电子事业在社会市场中的竞争地位。

参考文献：

[1]李晓丽.3D打印技术在电子元器件领域的应用研究[J].电脑编程技巧与维护,2021(06):148-149.

[2]李娟.电子技术中可编程控制器的应用策略[J].南方农机,2021,52(10):166-168.

[3]张洺瑞,严志华.电子元器件检测中的问题及其解决方式研究[J].电子制作,2021(10):52-54.

[4]武海华.汽车智能化电子传感器技术应用探究[J].时代汽车,2021(10):134-135.