健翔升分享 借助高功率 PCB 熱管理設(shè)計(jì)打造散熱奇跡

某新能源車用IGBT模塊的失效分析顯示，80%的故障源自熱循環(huán)導(dǎo)致的焊點(diǎn)疲勞。當(dāng)PCB局部溫升超過85℃時(shí)，每升高10℃器件壽命衰減50%。熱管理已成為電動(dòng)汽車、光伏逆變器等高功率場(chǎng)景的核心戰(zhàn)場(chǎng)。

材料選型中的熱力學(xué)博弈

基材導(dǎo)熱系數(shù)陷阱

傳統(tǒng)FR-4的導(dǎo)熱系數(shù)僅0.3W/mK，而鋁基板（MCPCB）可達(dá)2.0W/mK。但實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)：1.1.5mm厚鋁基板在150W/cm2熱流密度下，仍存在22℃的橫向溫差。

采用陶瓷填充樹脂基板（如Laird Tflex HD900，導(dǎo)熱系數(shù)9W/mK），溫差可縮小至8℃

某5G基站PA模塊實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：

銅厚設(shè)計(jì)的隱藏價(jià)值

在48層服務(wù)器主板案例中，將電源層銅厚從2oz增至3oz：通流能力提升30%，但熱耦合效應(yīng)導(dǎo)致相鄰信號(hào)層溫升提高15℃

平衡方案：采用局部厚銅（目標(biāo)區(qū)域3oz+，其他區(qū)域1oz），配合2mm間距散熱過孔陣列。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的破局之道

1.金屬嵌埋技術(shù)實(shí)戰(zhàn)

某軍工雷達(dá)電源模塊在PCB內(nèi)部嵌入0.6mm厚銅塊：

2.熱源點(diǎn)溫降41℃（從127℃降至86℃）

但需警惕CTE失配：銅塊（17ppm/℃）與FR-4（14ppm/℃）的膨脹差在-40~125℃循環(huán)中會(huì)產(chǎn)生0.15mm形變

解決方案：在銅塊邊緣設(shè)置0.3mm緩沖槽，填充高彈性硅膠（硬度 Shore A 40）。

立體散熱架構(gòu)創(chuàng)新

電動(dòng)汽車控制器案例：

傳統(tǒng)方案：底部散熱器+導(dǎo)熱墊（熱阻0.8℃/W）

改進(jìn)方案：PCB內(nèi)部打通3×3mm2散熱通道，直接灌注液態(tài)金屬（鎵銦合金）

實(shí)測(cè)對(duì)比：

仿真與現(xiàn)實(shí)的鴻溝跨越

某光伏逆變器項(xiàng)目顯示，當(dāng)使用Flotherm仿真時(shí)：

①穩(wěn)態(tài)工況誤差<5%

②瞬態(tài)沖擊工況誤差可達(dá)30%（因未考慮焊料蠕變特性）校正方法：

在ANSYS Icepak中導(dǎo)入實(shí)際回流焊曲線數(shù)據(jù)

將SAC305焊料的蠕變模型（Norton Power Law）寫入材料庫

設(shè)置非線性接觸熱阻（0.05~0.15℃·cm2/W動(dòng)態(tài)區(qū)間）

實(shí)測(cè)驗(yàn)證：經(jīng)過模型修正后，瞬態(tài)溫度預(yù)測(cè)誤差壓縮至8%以內(nèi)，器件布局優(yōu)化效率提升60%。

歡迎大家來和健翔升一起探討！