前言

熱設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一是如何控制熱源的發(fā)熱量；二是如何將熱源產(chǎn)生的熱量散出去。電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)可以分為系統(tǒng)級(jí)（Systems）、封裝級(jí)（Packages）和元器件級(jí)（Components）等多個(gè)層次。系統(tǒng)級(jí)熱設(shè)計(jì)主要包括電子設(shè)備機(jī)箱、框架等熱設(shè)計(jì)。封裝級(jí)熱設(shè)計(jì)主要包括電子模塊、PCB、散熱器等熱設(shè)計(jì)。元器件級(jí)熱設(shè)計(jì)主要包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)、封裝形式等熱設(shè)計(jì)。

PCB是電子設(shè)備中不可缺少的重要組成部分。隨著集成電路的單位規(guī)模和功率越來(lái)越大，體積越來(lái)越小，開(kāi)關(guān)速度越來(lái)越快，工作頻率越來(lái)越高，PCB的安裝密度越來(lái)越高，層數(shù)也越來(lái)越多，PCB上的電磁兼容性、信號(hào)完整性和電源完整性，以及熱設(shè)計(jì)等問(wèn)題相互緊密地交織在一起。對(duì)一個(gè)正在從事PCB設(shè)計(jì)的工程師而言，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮的問(wèn)題也越來(lái)越多，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的PCB也變得越來(lái)越難。要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠滿(mǎn)足要求的PCB，不僅需要理論支持，還需要工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

本書(shū)是為從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員編寫(xiě)的一本專(zhuān)門(mén)介紹PCB熱設(shè)計(jì)的基本知識(shí)、設(shè)計(jì)要求與方法的參考書(shū)。本書(shū)沒(méi)有大量的理論介紹和公式推導(dǎo)，而是從工程設(shè)計(jì)要求出發(fā)，通過(guò)介紹大量的PCB熱設(shè)計(jì)示例，圖文并茂地說(shuō)明了PCB熱設(shè)計(jì)中的一些技巧與方法，以及應(yīng)該注意的問(wèn)題，具有很好的實(shí)用性。

本書(shū)共分6章。第1章是PCB熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，介紹了熱傳遞的三種方式、熱設(shè)計(jì)的術(shù)語(yǔ)和定義、熱設(shè)計(jì)的基本要求與原則，以及熱設(shè)計(jì)仿真工具。第2章是元器件封裝的熱特性與PCB熱設(shè)計(jì)，介紹了元器件的封裝形式，與元器件封裝熱特性有關(guān)的一些參數(shù)，元器件封裝的熱阻模型和熱阻，元器件的最大功耗，元器件工作結(jié)溫與可靠性，功率SMD封裝的熱特性與PCB熱設(shè)計(jì)，裸露焊盤(pán)封裝IC的熱特性與PCB熱設(shè)計(jì)，LFPAK Power-SO8封裝結(jié)構(gòu)與PCB熱設(shè)計(jì)，TO-263 THIN封裝、LLP封裝、VQFN-48封裝的熱特性與PCB熱設(shè)計(jì)，0.4mm PoP封裝的PCB熱設(shè)計(jì)。第3章是高導(dǎo)熱PCB的熱特性，介紹了高導(dǎo)熱PCB基板材料，金屬基PCB的熱特性、結(jié)構(gòu)類(lèi)型和介質(zhì)材料，覆銅板用厚銅箔產(chǎn)品的規(guī)格和性能，不同疊層結(jié)構(gòu)PCB的熱特性，導(dǎo)熱層厚度對(duì)PCB熱特性的影響，金屬基微波板制作的關(guān)鍵技術(shù)，高頻混壓多層板的熱特性，PCB埋銅的散熱方式，不同環(huán)境下PCB的熱特性，以及高密度互聯(lián)（HDI）PCB的熱特性。第4章是PCB散熱通孔（過(guò)孔）設(shè)計(jì)，介紹了過(guò)孔模型、PCB散熱通孔的熱導(dǎo)率、BGA封裝的散熱通孔設(shè)計(jì)、密集散熱通孔的熱性能。第5章是PCB熱設(shè)計(jì)示例，介紹了PCB熱設(shè)計(jì)的基本原則、PCB布局熱設(shè)計(jì)示例、電源PCB熱設(shè)計(jì)示例、LED PCB熱設(shè)計(jì)示例。第6章是PCB用散熱器，介紹了散熱器的選用原則、散熱器的熱特性、熱界面材料的熱特性、FPGA器件的散熱管理，以及TCFCBGA器件、數(shù)字信號(hào)處理器和高頻開(kāi)關(guān)電源的散熱處理。

需要說(shuō)明的是，由于本書(shū)重點(diǎn)介紹PCB熱設(shè)計(jì)技術(shù)，業(yè)內(nèi)大量數(shù)據(jù)需要采用英制長(zhǎng)度單位，所以這里先給出主要的轉(zhuǎn)換公式：1in（英寸）=25.4mm（毫米），1mil（千分之一英寸）= 0.0254mm。本書(shū)的部分?jǐn)?shù)據(jù)有時(shí)直接用英制單位標(biāo)注。

本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，參考了大量的國(guó)內(nèi)外著作和文獻(xiàn)資料，引用了一些國(guó)內(nèi)外著作和文獻(xiàn)資料中的經(jīng)典結(jié)論，參考并引用了Texas Instruments、Analog Devices、Maxim、Microchip Technology、Linear Technology、Infineon、Altera、Xilinx、Cree、Ohmite等公司提供的技術(shù)資料和應(yīng)用筆記，得到了許多專(zhuān)家和學(xué)者的大力支持，聽(tīng)取了多方面的意見(jiàn)和建議。南華大學(xué)黃國(guó)玉、李月華等人為本書(shū)的編寫(xiě)也做了大量的工作，在此一并表示衷心的感謝。同時(shí)感謝2015年湖南省普通高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目——“面向‘工業(yè)4.0’的電子信息類(lèi)卓越工程師創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”（編號(hào)：235）課題組對(duì)本書(shū)編寫(xiě)所做的大量工作和支持。

由于編者水平有限，書(shū)中不足之處在所難免，敬請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。

黃智偉　于南華大學(xué)