在PCBA加工領(lǐng)域，隨著電子設(shè)備性能的不斷提升，大功率元件的使用日益廣泛。這些元件在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如何設(shè)計(jì)合理的散熱路徑與優(yōu)化焊接工藝，對(duì)于確保元件在高溫下穩(wěn)定工作、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命具有至關(guān)重要的意義。

一、散熱路徑設(shè)計(jì)

（一）元器件布局優(yōu)化

在PCBA加工階段，元器件布局是散熱設(shè)計(jì)的第一步。應(yīng)將大功率元件分散布置在電路板上，避免熱量過度集中。例如，在設(shè)計(jì)電腦主板時(shí)，處理器作為主要發(fā)熱源，通常會(huì)被安置在主板較為空曠且靠近通風(fēng)口或散熱裝置的位置，這樣可以有效減少熱量對(duì)其它元件的影響。同時(shí)，考慮空氣流動(dòng)方向，把耐熱性差的元件放在低溫區(qū)域，讓散熱氣流的流向從發(fā)熱量小或耐熱性差的器件流向發(fā)熱量大或耐熱性好的器件。發(fā)熱器件放置時(shí)盡量靠近邊緣，以縮短散熱路徑。

（二）增加導(dǎo)熱與散熱材料

在PCBA加工中，合理運(yùn)用導(dǎo)熱與散熱材料可以顯著提高散熱效果。可以使用導(dǎo)熱硅膠片或?qū)釅|，應(yīng)用于發(fā)熱元件與散熱器之間，填充不規(guī)則間隙，提高熱量傳導(dǎo)效率，降低接觸熱阻，讓熱量快速從元件傳遞到散熱器上。在發(fā)熱量大的元件如功率芯片、電源模塊等上安裝散熱片，通過增大散熱面積，加快熱量散發(fā)到周圍空氣中。散熱片通常采用鋁、銅等導(dǎo)熱性能好的材料。此外，運(yùn)用熱管散熱，熱管利用內(nèi)部工質(zhì)的相變傳熱，具有極高的導(dǎo)熱效率，可將熱量從發(fā)熱源快速傳遞到遠(yuǎn)處的散熱部件，常用于高性能計(jì)算機(jī)CPU等高熱流密度部件的散熱。

（三）優(yōu)化PCB結(jié)構(gòu)

在PCBA加工的PCB設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，優(yōu)化PCB結(jié)構(gòu)對(duì)于散熱至關(guān)重要。加大敷銅面積與厚度，在PCB上增加銅箔面積，特別是在電源層和接地層，可提高熱傳導(dǎo)能力，讓熱量通過銅箔快速擴(kuò)散。還可采用大面積的散熱焊盤連接發(fā)熱元件。對(duì)于大電流走線，需使用足夠的走線寬度和厚度，以減少發(fā)熱。設(shè)置散熱過孔，利用散熱過孔可將熱量從頂層傳導(dǎo)至內(nèi)層或底層，增大散熱路徑。散熱過孔的直徑一般在8mil - 12mil之間，過孔之間的距離為25mil - 50mil。為防止回流焊時(shí)錫膏流入過孔導(dǎo)致焊接不良，可采用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂塞孔并蓋上銅，或通過控制過孔直徑、采用過孔阻焊等方式解決。采用多層PCB，多層PCB可增加內(nèi)部散熱層，通過內(nèi)層的銅箔將熱量傳導(dǎo)到PCB的其他區(qū)域，擴(kuò)大散熱途徑，提高散熱效率。設(shè)計(jì)散熱通道，在PCB上規(guī)劃散熱通道，利用空氣流動(dòng)帶走熱量，可通過在PCB上設(shè)置通風(fēng)孔、鏤空區(qū)域或設(shè)計(jì)特定的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，配合風(fēng)扇等強(qiáng)制風(fēng)冷措施，增強(qiáng)散熱效果。

二、焊接工藝優(yōu)化

（一）選擇合適的焊接方式

在PCBA加工中，選擇合適的焊接方式對(duì)確保大功率元件焊接質(zhì)量及后續(xù)散熱效果非常重要。回流焊接適合表面貼裝元件的焊接，需根據(jù)元件的特性和PCB的材質(zhì)，優(yōu)化回流焊接的溫度曲線，包括預(yù)熱階段、回流階段和冷卻階段的溫度控制。預(yù)熱階段逐步提高溫度，避免溫度驟升對(duì)電路板造成損害；回流階段使焊錫膏在高溫下熔化并流動(dòng)形成焊點(diǎn)；冷卻階段快速降低溫度，使焊點(diǎn)固化，形成穩(wěn)定的焊接連接。波峰焊接適用于插裝元件的焊接，通過合理設(shè)置預(yù)熱溫度、焊接溫度和焊接時(shí)間等參數(shù)，確保焊接質(zhì)量。激光焊接利用激光束的高能量密度將焊接材料熔化，形成焊點(diǎn)，特別適合于高精度、小尺寸和高密度的PCBA加工，具有能量密度高、焊接速度快、熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，可有效減少對(duì)元件和PCB的熱損傷。

（二）控制焊接溫度與時(shí)間

在PCBA加工的焊接過程中，嚴(yán)格控制焊接溫度與時(shí)間至關(guān)重要。焊接溫度過高會(huì)使元件受到熱損傷，導(dǎo)致性能下降甚至失效，同時(shí)也會(huì)使PCB材料老化、變形。應(yīng)根據(jù)元件的耐熱特性和焊接工藝要求，精確控制焊接溫度。防止焊接時(shí)間過長(zhǎng)，過長(zhǎng)的焊接時(shí)間會(huì)使元件長(zhǎng)時(shí)間處于高溫環(huán)境中，增加熱應(yīng)力，降低元件的可靠性。優(yōu)化焊接工藝，確保焊接過程在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成，同時(shí)保證焊點(diǎn)的質(zhì)量。

（三）使用熱仿真與測(cè)試

在PCBA加工設(shè)計(jì)階段，使用熱模擬工具對(duì)電路板進(jìn)行熱仿真分析，預(yù)測(cè)電路板在工作條件下的溫度分布，識(shí)別潛在的熱點(diǎn)，提前優(yōu)化散熱路徑設(shè)計(jì)和焊接工藝參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，對(duì)焊接后的PCBA進(jìn)行熱測(cè)試，測(cè)量不同元件的實(shí)際溫度，驗(yàn)證散熱路徑和焊接工藝的有效性。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，及時(shí)調(diào)整散熱設(shè)計(jì)和焊接工藝，確保元件在高溫下能夠穩(wěn)定工作。

綜上所述，在PCBA加工中，針對(duì)含有大功率元件的電路板，通過科學(xué)合理地設(shè)計(jì)散熱路徑與優(yōu)化焊接工藝，可以有效提升元件在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性，進(jìn)而提高整個(gè)電子設(shè)備的性能和使用壽命，這對(duì)于當(dāng)今電子設(shè)備不斷向高性能、高集成化發(fā)展的趨勢(shì)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

因設(shè)備、物料、生產(chǎn)工藝等不同因素，內(nèi)容僅供參考。了解更多smt貼片加工知識(shí)，歡迎訪問深圳pcba加工廠-1943科技。