【導(dǎo)讀】關(guān)于PCB設(shè)計(jì)的相關(guān)知識，本站上內(nèi)容足夠大家學(xué)習(xí)，但是很多內(nèi)容都是枯燥乏味的。這里小編以一個(gè)辯論會的形式為大家詳細(xì)講解關(guān)于PCB散熱的相關(guān)知識，看看這些家伙是怎么理解PCB散熱到底是咋回事的？
何貝和瑞納塔爭論的聲音很大，以至于我認(rèn)為他們正在進(jìn)行橄欖球比賽的輸贏賭博。瑞納塔總是選擇具有目前最好四分衛(wèi)的隊(duì)伍，而何貝總是選擇地理位置上更接近他家鄉(xiāng)的隊(duì)伍。
何貝斷言底特律雄師將肆虐綠灣包裝工前線（兩支均為美國國家橄欖球聯(lián)盟球隊(duì)），“他們會將它做成瑞士干酪！”
我模仿霍莫•辛普森（美國電視動(dòng)畫《辛普森一家》中主角）的口吻說：“瑞士干酪。”
瑞納塔指著我說：“有一個(gè)家伙可以平息這場紛爭。”她猛烈地在白板上畫草圖，并且記號筆墨水濺到了她的臉頰上。
我說：“哦，橄欖球不是我所擅長的運(yùn)動(dòng)。”
何貝說：“橄欖球？伙計(jì)，你的思緒快回到辦公室吧。我們完全是在討論散熱問題。”
我說：“哦，我希望聽到一些有趣的東西。這些X和D的符號是什么意思？”
瑞納塔搶在何貝之前說：“這是我避免心靈感應(yīng)（Telepathic Port Module）遭受散熱問題的新想法。我們采用PCB作為心靈/光學(xué)變壓器（Psychic / Optical Transformer）的散熱器。
瑞納塔是來自塞多納實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師。她的艱巨任務(wù)是組裝HBU，正如她所說的：“將4.54kg的大腦放到一個(gè)2.27kg的盒子中。”瑞納塔的父親曾是卡特政府的官員，負(fù)責(zé)英制單位和公制單位的轉(zhuǎn)換。
何貝說：“自從她讀了你的書之后，瑞納塔認(rèn)為她是一個(gè)資歷較淺的熱設(shè)計(jì)專家。”
我說：“所以說你是一個(gè)熱設(shè)計(jì)專家！你為什么不告訴我關(guān)于你散熱器的想法？”
瑞納塔給了我一個(gè)類似長途接線員似的勉強(qiáng)微笑。我從網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)散熱論壇中得到了這個(gè)想法。這個(gè)叫斯派克的家伙說如果你在你的PCB板中加入銅層，你可以將元件的熱阻減少一半！”
何貝點(diǎn)頭表示贊同，“你的Thermal Tip of the Day #142甚至說由元件產(chǎn)生的熱量通過元件引腳進(jìn)入到PCB板中，所以那是有道理的。”
我不確定地說：“行，那X和D又代表什么？”
瑞納塔說：“這是另一個(gè)名為KirkNSpock的家伙說他在一本雜志上看到你可以在PCB板上鉆一些孔來提升板子的散熱能力。他說：“增加表面積或其它一些什么。所以那就是我想對TPM所做的。在POX周圍增加一些孔。我想要何貝告訴我在哪些位置可以增加孔，從而不會切斷走線。”
我問：“板子上打孔？“我之前從未聽說過。它們是如何有助于元件散熱的？”
何貝說：“我也想知道原因。但因?yàn)槟莻€(gè)匿名的網(wǎng)絡(luò)家伙在雜志上看到這個(gè)方法，它應(yīng)該是真實(shí)的。他說他也不知道其中原理，但他宣稱測試結(jié)果顯示板子的孔可以使元件溫度更低。”
瑞納塔說：“我的解釋是空氣通過這些孔，產(chǎn)生湍流，這會強(qiáng)化熱交換的程度。此外，你將所有高溫的功率層暴露在冷空氣中，這也會使整塊PCB板溫度更低。這使我認(rèn)為孔的尺寸應(yīng)該是很大，它的直徑應(yīng)該大約為10～25mm。”
何貝問：“它和美元硬幣中哪一個(gè)尺寸相類似？”
我說：“大約像一個(gè)便士的尺寸。”
何貝說：“我認(rèn)為這些孔增加了板子的輻射換熱量。上個(gè)月我在理發(fā)店的《科學(xué)美國》中看到一個(gè)洞可以看做一個(gè)黑體輻射器。我們想讓板子布滿微小的黑體洞輻射器，所以它們應(yīng)該是小的孔，直徑尺寸大約為1/16英寸。”
我說：“哇，那不像我的理發(fā)店所具有的雜志。”
瑞納塔說：“所以我們需要你來平息這場爭端。我們想對這塊板子增加一些孔，從而使板子成為更好的散熱器。告訴我們這些孔的尺寸多大和布置在哪里可以給我們帶來最好的熱性能。”
我盯著板子布局好一會兒后說：“為了獲得板子最小的溫升，你應(yīng)該有一個(gè)直徑為1/8英寸的孔，他的位置就在輸入熔斷器的旁邊。”
何貝看著我在板子布局圖中畫的大圓點(diǎn)。他恍然大悟說：“但那個(gè)孔正好切到了提供所有板子電功率的走線上！”
我說：“是的，沒有功率就沒有熱量，更沒有溫升。這是唯一板子上鉆孔能減少它溫升的方法。”
瑞納塔嘗試著說：“但增加表面積…”
我說：“任何比此孔大的孔都會浪費(fèi)更多的表面積。”
她說：“但關(guān)于增加湍流…”
我解釋說：“除非你將板子與風(fēng)扇出風(fēng)成90°角，否則不會有任何空氣流過這些孔，所以它們不會對空氣湍流流動(dòng)產(chǎn)生任何影響。”
何貝急忙講：“但孔的輻射…”
“對于輻射視線范圍內(nèi)有一個(gè)低溫表面是相當(dāng)重要的。你的孔能夠輻射熱量到相鄰板子嗎？這些相鄰的板子具有和鉆孔板子相同的溫度。聽起來就像你的常識從你顱骨中的空腔輻射出來。”
何貝哀號著說：“嗨！”他的手下意識地摸索著他的頭頂，似乎為了打開一個(gè)孔。
我說讓我們討論一下使用PCB板作為元件散熱器。你猜怎么著？你沒有任何選擇！瑞納塔，你提到了元件的熱阻。你是否知道他們是如何測量元件結(jié)溫和環(huán)境之間所謂的熱阻（θ_JA）？元件被焊到一塊4平方英寸的測試板上。所以在元件說明書中的熱阻值已經(jīng)包括了一塊相當(dāng)大板子散熱的影響。當(dāng)電視廣告中播放一些新款的電子玩具時(shí)，演播員總是在結(jié)尾說：“不包括電池。”我認(rèn)為在元件說明書中靠近θ_JA值附近應(yīng)該被注明：不包括標(biāo)準(zhǔn)測試板。”
“那就是我暗示你沒有任何選擇的原因。為了得到至少和元件說明書中一樣好的熱阻值，你不得不使用一塊至少與測試時(shí)使用板子一樣好的PCB板。”
瑞納塔驚愕地坐在那里好一會兒，之后問：“我們?nèi)绾尾拍苤牢覀兊陌遄由嵝阅鼙葴y試時(shí)所用板子更好？”
我說：“好問題，這個(gè)答案是你無法知道，因?yàn)樵?yīng)商沒有告訴你他們的測試板是什么樣的。它可能是只含有少量信號線的單層板。有時(shí)也可能是僅含有信號線的雙面板。有時(shí)它內(nèi)部會具有功率層和地層。板子的含銅量越多，它的熱擴(kuò)散性能越好。那如何與你的板子進(jìn)行對比？”
何貝說：“我們的板子是具有4層功率層和4層地層的16層板子。聽起來它應(yīng)該散熱更好。”
我說：“可能是，也有可能不是。歸根到底，你的板子上不只一個(gè)元件。如果你的板子上有許多高功率元件，那么對于內(nèi)部銅線而言就沒有多少可以散熱的面積。”
何貝咬著他的嘴唇說：“在板子上有12個(gè)POX芯片和其它16個(gè)高功率元件。”
實(shí)驗(yàn)室內(nèi)頓時(shí)變得鴉雀無聲。
瑞納塔開始去擦白板。她說：“你不喜歡孔的原因僅僅是因?yàn)樗鼇碜砸粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)論壇嗎？”
我說，“等，等一下！”填滿孔的墨水給了我一個(gè)想法。“我想KirkNSpock可能是對的！”
何貝說：“我了解孔的輻射。”
“不，這與輻射或空氣通過孔沒有關(guān)系。當(dāng)那個(gè)網(wǎng)絡(luò)家伙說通過增加孔可以降低元件溫度，他并不是說孔；他意思是其它形式的孔，那種你經(jīng)常用來將板子不同層連接起來的孔，你將其成為什么？”
何貝說：“熱過孔？”
我說：“是的！熱過孔！當(dāng)然！這些熱過孔連接了布滿銅的板子各個(gè)層！這使板子具有更好的熱擴(kuò)散性。使用板子作為散熱器的一個(gè)問題是絕大多數(shù)元件都是表貼元件。元件的引線僅僅與板子頂部的信號層相連，在這一層中幾乎沒有多少銅。實(shí)際上你希望板子內(nèi)銅量多的層能連接到一起，但由于板子內(nèi)絕緣環(huán)氧層很差的導(dǎo)熱性，熱量很難進(jìn)入到這些含銅量多的層中。但如果你利用熱過孔將板子內(nèi)頂層與其它內(nèi)部含銅層連接起來，板子內(nèi)的熱擴(kuò)散會得到很大改善。那個(gè)網(wǎng)絡(luò)家伙是對的——增加許多熱過孔可以使板子成為一個(gè)更好的散熱器。他僅僅因?yàn)槭褂靡恍┎痪_的術(shù)語，使你的想法進(jìn)入了錯(cuò)誤的軌道。所有的熱過孔是孔，但并不是所有的孔都是熱過孔。”
瑞納塔說：“熱過孔！那下一步建議我該怎么做！”
何貝說：“把白板先擦干凈！盡管熱過孔有所幫助。因?yàn)榘遄由嫌幸恍┕潭ǖ目?，所以可能沒有太多空間來容納許多熱過孔。”
我說：“只要這場紛爭平息，之后，我會去看看橄欖球彩票。”
