在PCB设备热耦合

任何散热解决方案的目标是确保器件的工作温度不超过由制造商规定的安全范围。在电子工业中，这个操作温度被称为该装置的“结温。”以一个处理器，例如，该术语字面上指的是电功率转换成热的半导体结。

为了维持操作中，热必须流出半导体中的这样的速率，以确保可接受的结温。此热流遇到阻力，因为它从连接移动整个器件封装，就像电子遭遇阻力通过布线时流过。在热力学方面，该电阻被称为导通电阻和由几部分组成。从结，热可以流向组件，其中，一个散热器可以位于的情况下。这被称为ΘJC，或结到外壳的耐热性。热还可以从组件的顶面并进入板流走。这就是所谓的结对板电阻，或ΘJB。

ΘJB被定义为结和电路板的功率除以温差当热路是结才登机。为了测量ΘJB，该装置的顶部是绝缘和冷板安装到电路板边缘(图1)。这是真正的耐热性，这是该装置的特性。唯一的问题是，在实际应用中一个不知道多大的权力正在从不同的传输路径。

环式冷板RΘJB的图像

ΨJB是当多个传热路径被使用，如侧面和组件的顶部以及所述板的温度差的度量。这些多条路径中固有的实际系统和测量必须谨慎使用。

由于一个组件内的多个热传递路径，一个单一的电阻不能用于精确地计算结温。从结点至环境热阻必须进一步细分为电阻网络，以提高结温预测的准确性。一个简化的电阻网络示于图2。

路口的图像到环境电阻网络

图2：结到环境电阻网络。1

按乔伊纳等al.1相关因素ΘJMA做电路板温度以前的工作(见公式1)。的ΘJMA是从结到外界的总热阻，当所有的热传递路径进行评估。在这种情况下，ΘCA由散热器的热阻，以及设备和沉之间的界面电阻来表示。

表1列出的JEDEC参数为一个典型BGA部件。这些都是用在下面例子的计算：

ΘJMA=结到流动空气的热阻ΘJB=结到电路板热阻ΘJC=结到外壳热阻ΘCA=外壳到环境的热阻TBA =板温度上升

方程1

(1)

表1：典型的热包装规格

作为电路板布局变得更致密，有必要设计出使用最少的空间可能优化热解。简单地说，有没有保证金，以便过度设计的散热片紧密的组件间距。占板耦合的效果是这种优化的一个重要部分。只存在，如果结到外壳的热传递路径被认为是可能使用一个超大的散热片。

为了确保在55°C的环境105°C的结温，典型的成分(见表1)需要2.05°C / W散热器电阻(如果我们忽略板传导)。当板传导是考虑到，实际的结点温度可以低至74℃，假设板温度是相同的空气温度。这表示一个散热片，比需要的大。

从这个例子中，很明显，从组件结所有的传热路径必须加以考虑。仅使用ΘJC和ΘCA值可以导致比最佳散热器较大而可能不准确地预测工作结温。使用所提出的相关性也可以预测结温当基板温度从实验已知的，如图3所示。

董事会温升对结温的效果图片

图3：在结温电路板温度升高的影响。

当有一个以上的组成，情况变得比与板上只是一个单一的部件要复杂得多。有通过PCB的组件和相邻卡之间组件之间传导耦合，以及辐射和对流耦合。一个简单的PCB与两个组件是如图4所示的两个组件的功耗被假定为P1和P2，并且假定我们可以忽略的辐射热传递。每个设备下的电路板温度TB1和Tb2的分别。我们还假设板上的两个组件之间的横向阻力θb1b2。

印刷电路板具有两个构成部件的概略

图4：有两个组成部分PCB的简单示意图。

PCB的电阻网络具有两个分量的图像

图5：在PCB与两种组分的简单的电阻网络。[!--empirenews.page--]

施加能量平衡在节点J1，J2，b1和b2：

方程2

(2)

方程3

(3)

方程4

(4)

方程5

(5)

有四个方程，四个未知数：TJ1，TJ2。 TB1和Tb2的。未知数可以通过求解联立方程来确定。这个简单的实施例证明，通过用导电路径耦合两个组件，它变得更加复杂，以找到结温。在现实生活中的应用，情况比上述的例子复杂得多遇到多个组件和多个PCB具有不同传导平面全部通过传导，对流，辐射和交互时。

为了得到合理的答案是必要的设计师使用合理的工程判断在逼近不同组件之间的耦合。这可以通过以下方法来实现：

方法1 - 分析模型，使用一个控制体积法或电阻网络模型。这种方法需要的问题过分简单化;否则该溶液变得非常复杂和不实用的。

方法2 - 一种简化的几何使用CFD的，所描述的Guenin [4]。该方法说明的等效表面积为一个组件被发现为：

方程6

(6)

其中，一个是componentn的等效触地区域，Pn为componentn的功耗，PTOTAL是总功率耗散和ATotal是PCB的总表面积。等效触地区域被计算之后，一个简单的PCB具有1瓦特的触地区域的和功耗单个部件可以用CFD模拟。这个过程有效地计算板温度和环境(θBA)为1瓦特的功率消耗之间的差。图6显示了CFD模拟在一个这样的组件和图7显示了作为θBAPCB尺寸的函数。图7可用于通过简单地计算它们的有效触地区域，以确定θBA用于其他组件。假设所有组件都具有相同的空间尺寸。

CFD模拟单个组件的PCB上的图像

图6：CFD模拟单一成分的在PCB [4]。

ΘBA分布的图像作为PCB尺寸的功能

图7：ΘBA分布PCB尺寸4的功能。

板温度然后可以计算为：等式7

(7)的结温度然后可以计算为：等式8

(8)

凡ψJB的特性参数。

方法3 - 测量板温度，结核病，实验，如果PCB是可用的，并使用等式8找到结温。再次，这是一个近似值，因为根据该装置耦合到印刷电路板的条件可能是比用JEDEC测试板中使用完全不同的。