第1章　PCB熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1.1　熱傳遞的三種方式

PCB熱設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是熱力學(xué)和傳熱學(xué)[1,2]。熱力學(xué)研究物質(zhì)的熱平衡狀態(tài)，確定系統(tǒng)由一種平衡狀態(tài)變到另一種平衡狀態(tài)所需的總熱量。傳熱學(xué)研究能量的傳遞速率，是熱力學(xué)的擴(kuò)展，傳熱問(wèn)題必須基于熱力學(xué)和傳熱學(xué)才能解決。在電子設(shè)備中只要有溫度差存在就有熱傳遞，通過(guò)熱傳遞可以實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片、PCB等的散熱和冷卻。PCB熱設(shè)計(jì)是指對(duì)芯片、PCB等的溫升進(jìn)行合理的控制，保證電子設(shè)備系統(tǒng)的正常工作。

熱量傳遞的基本規(guī)律是熱量從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞，其基本的計(jì)算公式為

Q=KA?t?。?-1）

式中，Q為熱流量（W）；K為換熱系數(shù)（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(dǎo)熱、對(duì)流和輻射換熱三種基本方式。在一個(gè)電子設(shè)備中，熱量傳遞通常按照兩種或三種方式同時(shí)進(jìn)行。例如，某機(jī)載雷達(dá)電子控制機(jī)箱[3]，其散熱的路徑為元器件、模組的熱耗通過(guò)導(dǎo)熱作用傳導(dǎo)至模塊導(dǎo)熱板，接著通過(guò)導(dǎo)熱、自然對(duì)流、輻射將熱量傳至模塊兩側(cè)，再經(jīng)金屬導(dǎo)軌傳到機(jī)箱上下側(cè)的波紋板；進(jìn)風(fēng)口的冷空氣流入包含波紋板的風(fēng)道，冷卻波紋板后將熱量帶走，最后熱空氣流出系統(tǒng)。密封腔體內(nèi)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(yīng)的自然對(duì)流，因此涉及的散熱方式包含導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射換熱。而對(duì)于外太空星載的電子控制產(chǎn)品，其涉及的散熱方式主要是導(dǎo)熱和輻射換熱。