第1章　PCB熱設計基礎

1.1　熱傳遞的三種方式

PCB熱設計的理論基礎是熱力學和傳熱學[1,2]。熱力學研究物質的熱平衡狀態，確定系統由一種平衡狀態變到另一種平衡狀態所需的總熱量。傳熱學研究能量的傳遞速率，是熱力學的擴展，傳熱問題必須基于熱力學和傳熱學才能解決。在電子設備中只要有溫度差存在就有熱傳遞，通過熱傳遞可以實現對芯片、PCB等的散熱和冷卻。PCB熱設計是指對芯片、PCB等的溫升進行合理的控制，保證電子設備系統的正常工作。

熱量傳遞的基本規律是熱量從高溫區域向低溫區域傳遞，其基本的計算公式為

Q=KA?t?。?-1）

式中，Q為熱流量（W）；K為換熱系數（W/（m2·K））；A為換熱面積（m2）；?t為冷熱流體之間的溫差（K）。

熱量傳遞有導熱、對流和輻射換熱三種基本方式。在一個電子設備中，熱量傳遞通常按照兩種或三種方式同時進行。例如，某機載雷達電子控制機箱[3]，其散熱的路徑為元器件、模組的熱耗通過導熱作用傳導至模塊導熱板，接著通過導熱、自然對流、輻射將熱量傳至模塊兩側，再經金屬導軌傳到機箱上下側的波紋板；進風口的冷空氣流入包含波紋板的風道，冷卻波紋板后將熱量帶走，最后熱空氣流出系統。密封腔體內的元器件及模組，需要考慮元器件間、元器件與殼體間的輻射換熱以及相應的自然對流，因此涉及的散熱方式包含導熱、對流、輻射換熱。而對于外太空星載的電子控制產品，其涉及的散熱方式主要是導熱和輻射換熱。