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你是否遇到以下問題？

PCB整體散熱方案看似完善，但個(gè)別大功率芯片下方或密閉區(qū)域的溫度仍遠(yuǎn)超安全閾值，導(dǎo)致性能降頻甚至早期失效？在集成度極高的工控伺服驅(qū)動(dòng)器或醫(yī)療影像設(shè)備主板上，“熱點(diǎn)”問題難以通過后期補(bǔ)救，成為產(chǎn)品可靠性的阿喀琉斯之踵？

解決方案：從“宏觀散熱”轉(zhuǎn)向“微觀熱管理”，識(shí)別并阻斷局部熱失控的傳導(dǎo)路徑

傳統(tǒng)的PCB熱設(shè)計(jì)往往聚焦于整體散熱：計(jì)算總功耗、選擇散熱器、優(yōu)化風(fēng)道。然而，在現(xiàn)代高密度電子系統(tǒng)中，熱量的產(chǎn)生與分布極不均衡。局部熱失控的根源，在于高熱流密度器件的熱量無(wú)法被及時(shí)、有效地導(dǎo)入到宏觀散熱系統(tǒng)中，熱量在局部“淤積”，形成遠(yuǎn)超預(yù)期的溫升。這要求我們的設(shè)計(jì)視角，必須深入到芯片封裝內(nèi)部、PCB的局部銅層以及界面材料等微觀層面。

1. 局部熱點(diǎn)為何在“充分設(shè)計(jì)”下依然失控？

• 熱耦合與熱陰影效應(yīng)：多個(gè)發(fā)熱器件緊密布局時(shí)，它們的熱量會(huì)相互耦合、疊加，形成1+1>2的溫升。一個(gè)器件產(chǎn)生的熱量會(huì)預(yù)熱其下風(fēng)方向或相鄰的器件，使其工作在更高的環(huán)境溫度起點(diǎn)上，此即“熱陰影”效應(yīng)。
• 散熱路徑存在“瓶頸”：熱量從芯片結(jié)（Junction）到環(huán)境空氣的路徑中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的高熱阻都會(huì)成為瓶頸。常見的瓶頸包括：

封裝內(nèi)部熱阻：芯片本身封裝的熱特性。

界面材料熱阻：芯片與散熱器間導(dǎo)熱墊/硅脂的厚度、孔隙率及接觸壓力。

PCB熱擴(kuò)散能力不足：芯片下方的PCB區(qū)域，若無(wú)足夠的熱通孔和鋪銅將熱量迅速橫向擴(kuò)散并導(dǎo)向內(nèi)層地平面，熱量將垂直積聚，導(dǎo)致局部板溫急劇升高。

• 安裝壓力不均：散熱器安裝不平或壓力不均，會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)域接觸不良，接觸熱阻激增，使該區(qū)域?qū)?yīng)的芯片部分成為過熱點(diǎn)。

2. 系統(tǒng)化治理局部熱點(diǎn)的工程方法

• 實(shí)施精細(xì)化熱仿真：在概念設(shè)計(jì)階段，就使用具有三維細(xì)節(jié)建模能力的高級(jí)熱仿真軟件。必須建立芯片封裝、焊球、PCB局部堆疊、熱過孔、導(dǎo)熱界面材料及散熱器的精確模型，進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，而非僅看穩(wěn)態(tài)結(jié)果。這能提前預(yù)測(cè)“熱點(diǎn)”的位置與溫度。
• 優(yōu)化PCB局部熱設(shè)計(jì)：

熱過孔陣列：在高熱流器件底部，密集排列填銅熱過孔，這是將熱量從表層快速導(dǎo)入內(nèi)層大銅平面的最有效手段。

局部銅層增厚與形狀優(yōu)化：在芯片下方及熱量傳遞路徑上，采用2oz或更厚銅箔，并設(shè)計(jì)“熱浮雕”形狀，高效引導(dǎo)熱量流向安裝柱或散熱器基座。

選擇高熱導(dǎo)率板材：對(duì)于極端情況，可考慮使用金屬基板、陶瓷基板或高熱導(dǎo)率的特種樹脂板材。

• 確保界面與組裝質(zhì)量：

選擇與管控界面材料：根據(jù)壓力、間隙和熱阻要求，選擇相變材料、導(dǎo)熱凝膠或高導(dǎo)熱的硅脂，并控制其涂覆厚度與均勻性。

設(shè)計(jì)可靠的機(jī)械固定：確保散熱器能提供均勻、足夠的壓力，并對(duì)該壓力進(jìn)行量化控制和檢測(cè)。

3. 高功率密度領(lǐng)域的生死線：工控與醫(yī)療
在工控變頻器或醫(yī)療激光外科設(shè)備的功率模塊中，局部熱點(diǎn)的失控可能直接導(dǎo)致熱奔逸和器件瞬間燒毀。在這些領(lǐng)域，熱設(shè)計(jì)必須通過最嚴(yán)苛的熱循環(huán)和功率循環(huán)可靠性測(cè)試。設(shè)計(jì)裕量必須充足，并常常需要引入溫度監(jiān)控與主動(dòng)降頻保護(hù)電路，形成軟硬一體的熱管理策略。

4. 從設(shè)計(jì)到制造的全鏈路協(xié)同能力
解決局部熱點(diǎn)問題，要求設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與制造團(tuán)隊(duì)深度協(xié)同。深圳捷創(chuàng)電子在服務(wù)高端客戶時(shí)，其工程團(tuán)隊(duì)能夠提供從前期熱仿真支持、PCB疊層與局部熱設(shè)計(jì)優(yōu)化建議，到后期組裝工藝指導(dǎo)的全流程熱管理方案。在制造端，其嚴(yán)格管控PCB鉆孔與電鍍工藝，確保熱過孔的高質(zhì)量填銅；在組裝車間，對(duì)關(guān)鍵散熱器安裝的壓力與平整度進(jìn)行專項(xiàng)管控。這種覆蓋“設(shè)計(jì)-板材-工藝-組裝”的閉環(huán)熱管理能力，使其能夠幫助客戶將隱藏在圖紙上的局部熱風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)物產(chǎn)品中降至最低，確保高功率密度產(chǎn)品在長(zhǎng)期全負(fù)荷運(yùn)行下的絕對(duì)可靠與穩(wěn)定。