電子產品開發線路板散熱設計基材選擇方法

1．選材

PCB基材應根據焊接要求和印制板基材的耐熱性，選擇耐熱性好、CTE（Coefficients of Thermal Expansion，熱膨脹系數）較小或與元器件 CTE 相適應的印制板基材，盡量減小元器件與印制板基材之間的CTE相對差。

基材的玻璃化轉變溫度（T_g）是衡量基材耐熱性的重要參數之一，一般基材的 T_g 低，熱膨脹系數就大，特別是在 Z 方向（板的厚度方向）的膨脹更為明顯，容易使鍍覆孔損壞；基材的 T_g高，一般膨脹系數小，耐熱性相對較好，但是 T_g過高基材會變脆，機械加工性下降。故選材時要兼顧基材的綜合性能。

印制板的導線由于通過電流會引起溫升，故加上規定環境溫度值后溫度應不超過125℃，125℃是常用的典型值，根據選用的板材可能不同。由于元器件安裝在印制板上也發出一部分熱量，影響工作溫度，故選擇材料和印制板設計時應考慮到這些因素，即熱點溫度應不超過 125℃，盡可能選擇更厚一點的覆銅箔。

隨著開關電源等電子功率產品的小型化，表面貼片元器件廣泛運用到這些產品中，這時散熱片難于安裝到一些功率器件上。在這種情況下可選擇鋁基、陶瓷基等熱阻小的板材。可以選擇鋁基覆銅板、鐵基覆銅板等金屬PCB作為功率器件的載體，因為金屬 PCB 的散熱性遠好于傳統的PCB，且可以貼裝SMD元器件。也可以采用一種銅芯PCB，該基板的中間層是銅板，絕緣層采用的是高導熱的環氧玻纖布黏結片或高導熱的環氧樹脂，可以雙面貼裝SMD 元器件。大功率 SMD 元器件可以將 SMD 自身的散熱片直接焊接在金屬 PCB 上，利用金屬PCB中的金屬板來散熱。

還有一種鋁基板，在鋁基板與銅箔層間的絕緣層采用的是高導熱性的導熱膠，其導熱性要大大優于環氧玻纖布黏結片或高導熱的環氧樹脂，且導熱膠厚度可根據需要來設置。

2．CTE（熱膨脹系數）的匹配

在進行PCB設計時，尤其是進行表面安裝用PCB的設計時，首先應考慮材料的CTE匹配問題。IC封裝的基板有剛性有機封裝基板、撓性有機封裝基板、陶瓷封裝基板3類。采用模塑技術、模壓陶瓷技術、層壓陶瓷技術和層壓塑料4種方式進行封裝的IC，PCB基板用的材料主要有高溫環氧樹脂、BT樹脂、聚酞亞胺、陶瓷和難熔玻璃等。由于IC封裝基板用的這些材料耐溫較高，X、Y方向的熱膨脹系數較低，故在選擇印制板材料時應了解元器件的封裝形式和基板的材料，并考慮元器件焊接時工藝過程溫度的變化范圍，選擇熱膨脹系數與之相匹配的基材，以降低由材料的熱膨脹系數差異引起的熱應力。

采用陶瓷基板封裝的元器件的 CTE 典型值為 5～7×10⁻⁶/℃，無引線陶瓷芯片載體LCCC 的 CTE 范圍是 3.5～7.8×10⁻⁶/℃，有的器件基板材料采用與某些印制板基材相同的材料，如 PI、BT 和耐熱環氧樹脂等。不同材料的 CTE 值如下表。在選擇印制板的基材時應盡量考慮使基材的熱膨脹系數接近于器件基板材料的熱膨脹系數。