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PCB厂设计进阶：PCB热设计优化

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人气：12发布日期：2025-03-11 09:49【大中小】

对于硬件工程师而言，PCB 设计水平直接影响电子产品的性能与稳定性。本文将聚焦一些容易被忽视却又至关重要的方面，助力硬件工程师进一步提升 PCB 设计技能。

线路板布局设计

①高功率发热元件是否放置在靠近 PCB 边缘或通风口等易于散热的区域？可利用 CFD（计算流体动力学）模拟软件，分析不同放置位置的空气流动与散热效果，从而确定最佳位置。

②发热元件之间是否保持足够的间距以避免热量聚集？可依据热仿真分析结果，设定合适的间距值，保证热量有效散发。发热器件应尽可能分散布置，使得单板表面热耗均匀，有利于散热。

③敏感元件是否远离发热元件？通过热影响区域分析，确定敏感元件与发热元件之间的安全距离。不要使热敏感器件或功耗大的器件彼此靠近放置，使得热敏感器件远离高温发热器件，常见的热敏感的器件包括晶振、内存、CPU等。

电路板上要把热敏感元器件安排在最冷区域。对自然对流冷却设备，如果外壳密封，要把热敏感器件置于底部，其它元器件置于上部；如果外壳不密封，要把热敏感器件置于冷空气的入口处。对强迫对流冷却设备，可以把热敏感元器件置于气流入口处。

④ 参考板内流速分布特点进行器件布局设计，在特定风道内面积较大的单板表面流速不可避免存在不均匀问题，流速大的区域有利于散热，充分考虑这一因素进行布局设计将会使单板获得较优良的散热设计。

⑤对于通过PWB散热的器件，由于依靠的是PWB的整体面积来散热，因此即使器件处于局部风速低的区域内，也并不一定会有散热问题，在进行充分热分析验证的基础上，没有必要片面要求单板表面风速均匀。

⑥当沿着气流来流方向布置的一系列器件都需要加散热器时，器件尽量沿着气流方向错列布置，可以降低上下游器件相互间的影响。如无法交错排列，也需要避免将高大的元器件（结构件等）放在高发热元器件的上方。

⑦对于安装散热器的器件，空气流经该器件时会产生绕流，对该器件两侧的器件会起到换热系数强化作用；对该器件下游的器件，换热系数可能会加强，也可能会减弱，因此对于被散热器遮挡的器件需要给出特别关注。

⑧注意单板风阻均匀化的问题：单板上器件尽量分散均匀布置，避免沿风道方向留有较大的空域，从而影响单板元器件的整体散热效果。

PCB厂讲在电子设备运行时，芯片和其他元件会产生热量，如果热量不能有效散发，会导致元件性能下降甚至损坏。在布局时，要将发热量大的元件（如功率芯片、大功率电阻等）放置在利于散热的位置，比如靠近进风口，或者风速较大的位置。同时，要避免将对温度敏感的元件（如晶体振荡器、某些传感器）放置在发热元件附近，防止其性能受温度影响。

例如，在设计一款工业控制板时，将功率 MOSFET 集中放置在 PCB 边缘，并在其下方设置大面积的散热铜箔，同时在铜箔上添加过孔，形成 “热过孔”，有效增强了散热效果。通过这种方式，该控制板在长时间高负载运行下，关键元件的温度仍能保持在合理范围内，确保了系统的稳定性。此外，稳定的温度环境对信号完整性也有积极影响。过热可能导致元件参数漂移，进而影响信号传输的准确性和稳定性，良好的热管理能为信号的稳定传输提供基础条件。

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