印制电路板（PCB）热设计

作者: 黄智伟

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2021-03

版次: 1

ISBN: 9787121407444

定价: 69.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 工程技术

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全书共分6章，着重介绍了PCB热设计基础、元器件封装的热特性与PCB热设计、高导热PCB的热特性、PCB散热通孔（过孔）设计、PCB热设计示例，以及PCB用散热器。本书内容丰富，叙述详尽清晰，图文并茂，通过大量的设计示例说明PCB热设计中的一些技巧与方法及应该注意的问题，实用性强。黄智伟（1952.08—），曾担任衡阳市电子研究所所长、南华大学教授、衡阳市专家委员会委员，获评南华大学师德标兵，主持和参与完成“计算机无线数据通讯网卡”等科研课题20多项，申请专利8项，拥有软件著作权2项，发表论文120多篇，出版图书多部。第1章 PCB热设计基础 1

1.1 热传递的三种方式 1

1.1.1 导热 1

1.1.2 热辐射 3

1.1.3 对流 4

1.2 热设计的术语和定义 5

1.3 热设计的基本要求与原则 7

1.3.1 热设计的基本要求 7

1.3.2 热设计的基本原则 8

1.3.3 冷却方式的选择 8

1.4 热设计仿真工具 10

1.4.1 PCB的热性能分析 10

1.4.2 热仿真软件FloTHERM 11

1.4.3 散热仿真优化分析软件ANSYS Icepak 12

1.4.4 ADI功耗与管芯温度计算器 14

第2章元器件封装的热特性与PCB热设计 15

2.1 与元器件封装热特性有关的一些参数 15

2.1.1 热阻 15

2.1.2 温度 19

2.1.3 功耗 21

2.1.4 工作结温与可靠性 24

2.2 功率SMD封装的热特性与PCB热设计 27

2.2.1 功率SMD的结构形式 27

2.2.2 P-DSO-8-1封装的热特性与PCB设计 28

2.2.3 P-DSO-14-4封装的热特性与PCB设计 28

2.2.4 P-DSO-20-6（P-DSO-24-3，P-DSO-28-6）封装的热特性与PCB设计 29

2.2.5 P-DSO-20-10封装的热特性与PCB设计 30

2.2.6 P-DSO-36-10封装的热特性与PCB设计 31

2.2.7 P-TO252/263封装的热特性与PCB设计 32

2.2.8 SCT595封装的热特性与PCB设计 33

2.2.9 SOT223封装的热特性与PCB设计 34

2.3 裸露焊盘的热特性与PCB热设计 34

2.3.1 裸露焊盘简介 34

2.3.2 裸露焊盘连接的基本要求 39

2.3.3 裸露焊盘散热通孔的设计 41

2.3.4 裸露焊盘的PCB设计示例 43

2.4 LFPAK封装结构与PCB热设计 50

2.4.1 LFPAK封装的结构形式 50

2.4.2 LFPAK封装的热特性 50

2.4.3 Power-SO8的PCB设计示例 52

2.5 TO-263封装的热特性与PCB热设计 52

2.5.1 TO-263封装的结构形式 52

2.5.2 TO-263封装的热特性 53

2.5.3 TO-263封装的PCB热设计 53

2.6 LLP封装的热特性与PCB热设计 54

2.6.1 LLP封装的结构形式 54

2.6.2 LLP封装的PCB热设计 55

2.6.3 散热通孔对LLP热阻θJA的影响 58

2.6.4 嵌入式铜散热层对LLP热阻θJA的影响 59

2.6.5 在4层和2层JEDEC板上的θJA 60

2.7 VQFN-48封装的热特性与PCB热设计 61

2.7.1 VQFN-48封装的热特性 61

2.7.2 VQFN-48封装的PCB热设计 62

2.8 0.4mm PoP封装的PCB热设计 63

2.8.1 0.4mm PoP封装的结构形式 63

2.8.2 PoP封装的布线和层叠 64

2.8.3 Beagle板OMAP35x处理器部分PCB设计示例 65

第3章高导热PCB的热特性 69

3.1 高导热PCB基板材料简介 69

3.1.1 陶瓷基板 69

3.1.2 金属基板 70

3.1.3 有机树脂基板 70

3.1.4 高辐射率基板 72

3.1.5 散热基板的绝缘层材料 72

3.2 金属基PCB的热特性分析 73

3.2.1 不同尺寸铜基的热特性 73

3.2.2 不同铜基形状的热特性 75

3.2.3 不同铜基间距的热特性 75

3.3 金属基PCB的结构类型和介质材料 76

3.3.1 金属基PCB的结构类型 76

3.3.2 金属基PCB的导热性黏结介质材料 77

3.3.3 金属基PCB用填料 80

3.3.4 金属基PCB生产中存在的问题及改进措施 80

3.4 覆铜板用厚铜箔的规格和性能 81

3.4.1 厚铜箔的主要规格 81

3.4.2 厚铜箔的主要性能要求 83

3.5 不同叠层结构PCB的热特性比较 85

3.5.1 PCB结构形式 85

3.5.2 热阻模型和软件建模 86

3.5.3 不同层叠结构PCB的热特性分析 88

3.6 导热层厚度对PCB热特性的影响 91

3.6.1 建立有限元分析模型 91

3.6.2 有限元仿真PCB温度场分析 92

3.7 金属基微波板制作的关键技术 93

3.7.1 板厚 93

3.7.2 孔金属化 93

3.7.3 阻抗控制 94

3.7.4 最终表面镀覆 94

3.8 高频混压多层板的热特性 94

3.8.1 高频混压多层板散热性能的局限与改善 94

3.8.2 局部混压埋铜PCB 96

3.9 高密度互联（HDI）PCB的热特性 99

3.9.1 HDI PCB的结构形式和设计要求 99

3.9.2 影响HDI板耐热性的主要因素 102

3.9.3 改善HDI板设计以提高其耐热性 104

第4章 PCB散热通孔（过孔）设计 108

4.1 过孔模型 108

4.1.1 过孔类型 108

4.1.2 过孔电容 108

4.1.3 过孔电感 109

4.1.4 过孔的电流模型 109

4.1.5 典型过孔的R、L、C参数 110

4.1.6 过孔焊盘与孔径的尺寸 110

4.1.7 过孔与SMT焊盘图形的关系 112

4.2 PCB散热通孔的热特性 114

4.2.1 不同覆铜量PCB的热阻 114

4.2.2 散热通孔的热阻 115

4.2.3 未开孔区域的PCB热阻 118

4.2.4 整个PCB的热阻 119

4.2.5 散热通孔的优化 119

4.3 BGA封装的散热通孔设计 120

4.3.1 BGA表面焊盘的布局和尺寸 121

4.3.2 BGA过孔焊盘的布局和尺寸 123

4.3.3 BGA信号线间隙和走线宽度 125

4.3.4 BGA的PCB层数 126

4.3.5 ?BGA封装的布线方式和过孔 126

4.3.6 Xilinx公司推荐的焊盘过孔设计规则 127

4.4 密集散热通孔的热特性 129

4.4.1 不同板材密集散热通孔的耐热性能 129

4.4.2 影响PCB密集散热通孔区分层的主要因素及优化 130

4.4.3 BGA密集散热通孔耐热性能影响因素分析 135

第5章 PCB热设计示例 137

5.1 PCB热设计的基本原则 137

5.1.1 PCB基材的选择 137

5.1.2 元器件的布局 139

5.1.3 PCB的布线 141

5.2 PCB布局热设计示例 143

5.2.1 均匀分布热源的稳态传导PCB的热设计 143

5.2.2 铝质散热芯PCB的热设计 145

5.2.3 多芯片双面PCB的热应力分析 146

5.2.4 板级电路热分析及布局优化设计 149

5.2.5 PCB之间的合理间距设计 153

5.2.6 有限密闭空间内大功率电路板的热设计 155

5.3 电源PCB热设计示例 159

5.3.1 电源模块的PCB热设计 159

5.3.2 降压调节器的PCB热设计 162

5.4 LED PCB热设计示例 164

5.4.1 不同散热焊盘LED的安装形式 164

5.4.2 PCB的热阻 165

5.4.3 PCB散热焊盘的设计 168

5.4.4 LED安装间距对热串扰的影响 171

5.4.5 铜导线尺寸对散热的影响 172

5.4.6 散热通孔对热阻的影响 172

5.4.7 FR-4板厚度和导线尺寸对热阻的影响 175

5.4.8 PCB导线对热阻的影响 176

5.4.9 MCPCB介质热导率对热阻的影响 179

5.4.10 Cree公司推荐的FR-4 PCB布局 180

第6章 PCB用散热器 185

6.1 散热器的选用原则 185

6.1.1 散热器的种类 185

6.1.2 散热器的一些标准 187

6.1.3 散热器选用的基本原则 188

6.2 散热器的热特性分析 189

6.2.1 散热器热阻模型的建立 189

6.2.2 不同表面积散热器的热特性 192

6.2.3 辐射对真空中元器件散热的影响 193

6.3 热界面材料的热特性 195

6.3.1 热界面材料的选择 195

6.3.2 热界面材料温升与压强的关系 197

6.3.3 真空环境下的界面热阻 197

6.3.4 不同热界面材料对接触热阻的影响 199

6.4 FPGA器件的散热管理 200

6.4.1 带散热器的器件热电路模型 200

6.4.2 确定是否需要使用散热器 202

6.4.3 散热器的安装方法 204

6.5 TCFCBGA器件的散热处理 207

6.5.1 TCFCBGA的封装形式 207

6.5.2 TCFCBGA封装的散热 207

6.5.3 小热源器件的散热器选择 209

6.5.4 返修或拆除散热器 209

6.6 数字信号处理器散热处理 210

6.6.1 热分析模型 210

6.6.2 散热器的选择 211

6.7 高频开关电源的散热处理 213

参考文献 217
内容简介:
全书共分6章，着重介绍了PCB热设计基础、元器件封装的热特性与PCB热设计、高导热PCB的热特性、PCB散热通孔（过孔）设计、PCB热设计示例，以及PCB用散热器。本书内容丰富，叙述详尽清晰，图文并茂，通过大量的设计示例说明PCB热设计中的一些技巧与方法及应该注意的问题，实用性强。
作者简介:
黄智伟（1952.08—），曾担任衡阳市电子研究所所长、南华大学教授、衡阳市专家委员会委员，获评南华大学师德标兵，主持和参与完成“计算机无线数据通讯网卡”等科研课题20多项，申请专利8项，拥有软件著作权2项，发表论文120多篇，出版图书多部。
目录:
第1章 PCB热设计基础 1

1.1 热传递的三种方式 1

1.1.1 导热 1

1.1.2 热辐射 3

1.1.3 对流 4

1.2 热设计的术语和定义 5

1.3 热设计的基本要求与原则 7

1.3.1 热设计的基本要求 7

1.3.2 热设计的基本原则 8

1.3.3 冷却方式的选择 8

1.4 热设计仿真工具 10

1.4.1 PCB的热性能分析 10

1.4.2 热仿真软件FloTHERM 11

1.4.3 散热仿真优化分析软件ANSYS Icepak 12

1.4.4 ADI功耗与管芯温度计算器 14

第2章元器件封装的热特性与PCB热设计 15

2.1 与元器件封装热特性有关的一些参数 15

2.1.1 热阻 15

2.1.2 温度 19

2.1.3 功耗 21

2.1.4 工作结温与可靠性 24

2.2 功率SMD封装的热特性与PCB热设计 27

2.2.1 功率SMD的结构形式 27

2.2.2 P-DSO-8-1封装的热特性与PCB设计 28

2.2.3 P-DSO-14-4封装的热特性与PCB设计 28

2.2.4 P-DSO-20-6（P-DSO-24-3，P-DSO-28-6）封装的热特性与PCB设计 29

2.2.5 P-DSO-20-10封装的热特性与PCB设计 30

2.2.6 P-DSO-36-10封装的热特性与PCB设计 31

2.2.7 P-TO252/263封装的热特性与PCB设计 32

2.2.8 SCT595封装的热特性与PCB设计 33

2.2.9 SOT223封装的热特性与PCB设计 34

2.3 裸露焊盘的热特性与PCB热设计 34

2.3.1 裸露焊盘简介 34

2.3.2 裸露焊盘连接的基本要求 39

2.3.3 裸露焊盘散热通孔的设计 41

2.3.4 裸露焊盘的PCB设计示例 43

2.4 LFPAK封装结构与PCB热设计 50

2.4.1 LFPAK封装的结构形式 50

2.4.2 LFPAK封装的热特性 50

2.4.3 Power-SO8的PCB设计示例 52

2.5 TO-263封装的热特性与PCB热设计 52

2.5.1 TO-263封装的结构形式 52

2.5.2 TO-263封装的热特性 53

2.5.3 TO-263封装的PCB热设计 53

2.6 LLP封装的热特性与PCB热设计 54

2.6.1 LLP封装的结构形式 54

2.6.2 LLP封装的PCB热设计 55

2.6.3 散热通孔对LLP热阻θJA的影响 58

2.6.4 嵌入式铜散热层对LLP热阻θJA的影响 59

2.6.5 在4层和2层JEDEC板上的θJA 60

2.7 VQFN-48封装的热特性与PCB热设计 61

2.7.1 VQFN-48封装的热特性 61

2.7.2 VQFN-48封装的PCB热设计 62

2.8 0.4mm PoP封装的PCB热设计 63

2.8.1 0.4mm PoP封装的结构形式 63

2.8.2 PoP封装的布线和层叠 64

2.8.3 Beagle板OMAP35x处理器部分PCB设计示例 65

第3章高导热PCB的热特性 69

3.1 高导热PCB基板材料简介 69

3.1.1 陶瓷基板 69

3.1.2 金属基板 70

3.1.3 有机树脂基板 70

3.1.4 高辐射率基板 72

3.1.5 散热基板的绝缘层材料 72

3.2 金属基PCB的热特性分析 73

3.2.1 不同尺寸铜基的热特性 73

3.2.2 不同铜基形状的热特性 75

3.2.3 不同铜基间距的热特性 75

3.3 金属基PCB的结构类型和介质材料 76

3.3.1 金属基PCB的结构类型 76

3.3.2 金属基PCB的导热性黏结介质材料 77

3.3.3 金属基PCB用填料 80

3.3.4 金属基PCB生产中存在的问题及改进措施 80

3.4 覆铜板用厚铜箔的规格和性能 81

3.4.1 厚铜箔的主要规格 81

3.4.2 厚铜箔的主要性能要求 83

3.5 不同叠层结构PCB的热特性比较 85

3.5.1 PCB结构形式 85

3.5.2 热阻模型和软件建模 86

3.5.3 不同层叠结构PCB的热特性分析 88

3.6 导热层厚度对PCB热特性的影响 91

3.6.1 建立有限元分析模型 91

3.6.2 有限元仿真PCB温度场分析 92

3.7 金属基微波板制作的关键技术 93

3.7.1 板厚 93

3.7.2 孔金属化 93

3.7.3 阻抗控制 94

3.7.4 最终表面镀覆 94

3.8 高频混压多层板的热特性 94

3.8.1 高频混压多层板散热性能的局限与改善 94

3.8.2 局部混压埋铜PCB 96

3.9 高密度互联（HDI）PCB的热特性 99

3.9.1 HDI PCB的结构形式和设计要求 99

3.9.2 影响HDI板耐热性的主要因素 102

3.9.3 改善HDI板设计以提高其耐热性 104

第4章 PCB散热通孔（过孔）设计 108

4.1 过孔模型 108

4.1.1 过孔类型 108

4.1.2 过孔电容 108

4.1.3 过孔电感 109

4.1.4 过孔的电流模型 109

4.1.5 典型过孔的R、L、C参数 110

4.1.6 过孔焊盘与孔径的尺寸 110

4.1.7 过孔与SMT焊盘图形的关系 112

4.2 PCB散热通孔的热特性 114

4.2.1 不同覆铜量PCB的热阻 114

4.2.2 散热通孔的热阻 115

4.2.3 未开孔区域的PCB热阻 118

4.2.4 整个PCB的热阻 119

4.2.5 散热通孔的优化 119

4.3 BGA封装的散热通孔设计 120

4.3.1 BGA表面焊盘的布局和尺寸 121

4.3.2 BGA过孔焊盘的布局和尺寸 123

4.3.3 BGA信号线间隙和走线宽度 125

4.3.4 BGA的PCB层数 126

4.3.5 ?BGA封装的布线方式和过孔 126

4.3.6 Xilinx公司推荐的焊盘过孔设计规则 127

4.4 密集散热通孔的热特性 129

4.4.1 不同板材密集散热通孔的耐热性能 129

4.4.2 影响PCB密集散热通孔区分层的主要因素及优化 130

4.4.3 BGA密集散热通孔耐热性能影响因素分析 135

第5章 PCB热设计示例 137

5.1 PCB热设计的基本原则 137

5.1.1 PCB基材的选择 137

5.1.2 元器件的布局 139

5.1.3 PCB的布线 141

5.2 PCB布局热设计示例 143

5.2.1 均匀分布热源的稳态传导PCB的热设计 143

5.2.2 铝质散热芯PCB的热设计 145

5.2.3 多芯片双面PCB的热应力分析 146

5.2.4 板级电路热分析及布局优化设计 149

5.2.5 PCB之间的合理间距设计 153

5.2.6 有限密闭空间内大功率电路板的热设计 155

5.3 电源PCB热设计示例 159

5.3.1 电源模块的PCB热设计 159

5.3.2 降压调节器的PCB热设计 162

5.4 LED PCB热设计示例 164

5.4.1 不同散热焊盘LED的安装形式 164

5.4.2 PCB的热阻 165

5.4.3 PCB散热焊盘的设计 168

5.4.4 LED安装间距对热串扰的影响 171

5.4.5 铜导线尺寸对散热的影响 172

5.4.6 散热通孔对热阻的影响 172

5.4.7 FR-4板厚度和导线尺寸对热阻的影响 175

5.4.8 PCB导线对热阻的影响 176

5.4.9 MCPCB介质热导率对热阻的影响 179

5.4.10 Cree公司推荐的FR-4 PCB布局 180

第6章 PCB用散热器 185

6.1 散热器的选用原则 185

6.1.1 散热器的种类 185

6.1.2 散热器的一些标准 187

6.1.3 散热器选用的基本原则 188

6.2 散热器的热特性分析 189

6.2.1 散热器热阻模型的建立 189

6.2.2 不同表面积散热器的热特性 192

6.2.3 辐射对真空中元器件散热的影响 193

6.3 热界面材料的热特性 195

6.3.1 热界面材料的选择 195

6.3.2 热界面材料温升与压强的关系 197

6.3.3 真空环境下的界面热阻 197

6.3.4 不同热界面材料对接触热阻的影响 199

6.4 FPGA器件的散热管理 200

6.4.1 带散热器的器件热电路模型 200

6.4.2 确定是否需要使用散热器 202

6.4.3 散热器的安装方法 204

6.5 TCFCBGA器件的散热处理 207

6.5.1 TCFCBGA的封装形式 207

6.5.2 TCFCBGA封装的散热 207

6.5.3 小热源器件的散热器选择 209

6.5.4 返修或拆除散热器 209

6.6 数字信号处理器散热处理 210

6.6.1 热分析模型 210

6.6.2 散热器的选择 211

6.7 高频开关电源的散热处理 213

参考文献 217

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