圖3 元器件布局原則示意圖
? 最大損耗的元器件應靠近PCB邊緣。
? 保證空氣流通并能夠以較大的風速流過較熱的區域。
? 溫度敏感的元器件應盡量靠近進風口。
? 高、大的元器件如電磁元件、電容等不能夠對氣流形成阻擋。
? 如果不能消除SWIRL的影響，即無法保證流出風扇框的流場是近似均勻的流場，則必須避免布置高熱器件在流場的旋渦區域，因為該區域風速最小。
? 散熱器的安裝方向：要保證散熱器齒槽方向與風向平行
? 散熱器周圍與其它元器件的距離推薦小于10mm。
5.5.3 元器件的安裝
元器件的安裝應盡量減少元器件殼與散熱器表面間的熱阻，即接觸熱阻。
5.5.3.1 為盡量減小傳導熱阻，應采用短通路，即盡可能避免采用導熱板或散熱塊把元器件的熱量引到散熱器表面，而元器件直接貼在散熱器表面則是最經濟、最可靠、最有效的散熱措施。
5.5.3.2 為了改善器件與散熱器接觸面的狀況，應在接觸面涂導熱介質，常用的導熱介質有導熱脂、導熱膠、導熱硅油、熱絕緣膠等。
5.5.3.3 對器件須與散熱器絕緣的情況，采用的絕緣材料應同時具有良好的導熱性能，且能夠承受一定的壓力而不被刺穿，詳見5.5.4。
5.5.3.4把器件裝配在散熱器上時，應嚴格按照我司TS-S0E0102012《大功率管安裝設計工藝規范》中提供的安裝壓力或力矩進行裝配，壓力不足會使接觸熱阻增加，壓力過大會損壞器件,。
5.5.3.5 將大功率混合微型電路芯片安裝在比芯片面積大的鉬片上。
5.5.3.6 對于多層印制線路板，應利用電鍍通孔來減少通過線路板的傳導熱電阻。這些小孔就是熱通路或稱熱道。
5.5.3.7 當利用接觸界面導熱時，采用下列措施使接觸熱阻減到最小。
5.5.3.7.1 盡可能增大接觸面積。
5.5.3.7.2 確保接觸表面平滑。
5.5.3.7.3 利用軟材料接觸。
5.5.3.7.4 扭緊所有螺栓以加大接觸壓力(注意不應殘留過大應力)。
5.5.3.7.5 利用合理的緊固件設計來保證接觸壓力均勻。
5.5.4 導熱介質的選取原則
為了解決功率器件與散熱器間的電氣絕緣問題，功率器件與散熱器間應加導熱絕緣材料，考慮到性價比，在散熱條件不是很惡劣，如功率器件損耗較小或功率器件處于有利的通風位置時，可選用通用的導熱絕緣材料SP400，其它條件下可選用散熱性能較好的SP900S，只有在特殊情況下，才允許選用SP2000。其性能參數如表1所示
表1 常用熱界面材料性能參數表
材料
Sil-pad2000
Sil-pad900S
Sil-pad400
陶瓷基片
材料厚度(mm)
0.25±0.025
0.23±0.025
0.23±0.025
0.63±0.025
導熱系數W/m.k
3.5
1.6
0.9
27
單位面積熱阻
℃-cm2/W
1.29
2.6
4.6
1.2
使用溫度℃
-60～180℃
-60～180℃
-60～180℃
-60～180℃
材料構成
硅橡膠/玻璃纖維
硅橡膠/玻璃纖維
硅橡膠/聚脂薄膜
陶瓷＋三氧化二鋁
實測熱阻值
<0.4
<0.6
<0.9
<0.35
實測熱阻值是在采用TO－247封裝，在緊固壓力為12Kg.cm下測得的。
5.5.4.1 由于陶瓷基片在安裝時容易碎裂，所以不推薦使用陶瓷基片。
5.5.4.2 對于輸出部分，由于總是處于出風口的位置，一方面通過其功率管表面及散熱器表面的風均為熱風，另外輸出二極管部分后面總會有輸出共模電感或差模電感之類的體積較大的器件，影響出風，所以該部分的散熱條件總是比較惡劣，為了減小散熱器的壓力，可考慮采用散熱器懸浮的方法去掉功率管與散熱器間的導熱絕緣膜，使功率管直接貼在散熱器上。
5.5.4.3 為了便于安裝，導熱絕緣膜可考慮選用單面背膠的方法解決導熱絕緣膜的定位問題，即先將導熱絕緣膜粘在安裝位置，再進行功率管的安裝與緊固。但必須注意，導熱絕緣膜背膠會增加其熱阻，由于膠不是良好的導熱介質，一般情況下，熱阻會增加30－40％，所以，在熱設計時需考慮該部分的冗余。
5.5.4.4 我司推薦的大部分導熱絕緣材料均采用硅橡膠為基體，質地較軟，因此，在安裝時不需要涂硅脂；只有少數材料如SP400、SPK10、陶瓷基片等質地比較硬的材料必須涂硅脂，要求硅脂必須涂敷均勻，硅脂層厚度小于0.15mm。
5.5.5 PCB板的熱設計原則
PCB板熱設計的主要任務是有效地把印制板上的熱引導到外部(散熱器和大氣中)。
5.5.1 印制線的載流容量和溫升
設計印制板時要保證印制線的載流容量，印制線的寬度必須適于電流的傳導，不能引起超過允許的溫升和壓降。
在實際應用中，常有較大電流流過輸出端銅箔，如果輸出銅箔設計的過細，則會導致銅箔的溫度上升。印制電路板的材料、導電銅箔的厚度、容許溫升將影響到銅箔厚度應該多寬、能承受多大電流。一般對1盎司的環氧玻璃板，如果允許溫升小于10℃(考慮到系統內部的環境溫度可能超過70℃) ，則一般可按1A電流取1mm寬銅箔的經驗數據進行銅箔設計。如假如流過的電流為5A，對1盎司的環氧玻璃板，其銅箔寬度可取5mm。實際可按照容許溫升的大小按照圖4進行選擇。
圖4 1盎司環氧玻璃板電流與銅箔寬度的關系圖,
需提醒的是，不同的基板材料生產廠家，不同的基板材料，則圖12顯示的電流與銅箔的關系是不相同的。可通過實驗進行確定。
5.5.2 印制板的散熱
5.5.2.1 選用厚度大的印制線，以利于印制線的導熱和自然對流散熱。
5.5.2.2 減小元器件引線腿及元器件引線間的熱阻，增強元器件引線腿對印制線的熱傳導，增強導電性。
5.5.2.3 當元器件的發熱密度超過0.6W/cm3，單靠元器件的引線腿及元器件本身不足充分散熱，應采用散熱網、匯流條器等措施。
5.5.2.4 若發熱密度非常高，則元器件應安裝散熱器，在元器件和散熱材料之間應涂抹導熱膏。
5.5.2.5 以上措施仍不能充分散熱時，就應采用熱傳導性能好的印制板，如金屬基底印制板和陶瓷基底(高鋁陶瓷、氧化磚陶瓷、凍石陶瓷)印制板。
5.5.2.6 對塑封器件和SMD封裝的元器件，通過管腳散熱成為主要的散熱器途徑之一，其熱設計應滿足以下原則：
? 加散熱銅箔和采用大面積電源地銅箔，以加大PCB的散熱面積，如圖5所示
圖5: 改善管腳側散熱的措施之一散熱焊盤由過孔連接到內層夾心層進行散熱和熱平衡
圖6: 改善管腳側散熱的措施之二
5.5.2.7 PCB焊盤的隔熱設計
較大的焊盤及大面積銅皮對管腳的散熱十分有利，但在過波峰焊或回流焊時由于銅皮散熱太快，容易造成焊接不良，必須進行隔熱設計，常見的隔熱設計方法如圖7所示
圖7: 焊盤的隔熱設計
5.5.6 安裝PCB板的熱設計原則
5.5.6.1 自然冷卻條件下，對設備內有多塊PCB板時，應與進風方向平行并列安裝，每塊PCB板間的間距應大于30mm，以利于對流散熱；對強迫風冷條件下，PCB板的間距可以適當減小，但必須符合安規要求。
5.5.6.2 底板、隔熱板、屏蔽板、印制板的位置以不要阻礙或阻斷氣流為原則。
5.5.7 元器件結溫的計算
為保證元器件的安全散熱，需要校核元器件的結溫是否工作在安全溫度下，首先得獲得如下數據：元器件的耗散功率Q（額定值），結點（junction）的安全工作溫度范圍Tjmax（最大值和推薦值），結至冷卻空氣熱阻Rja，結至殼熱阻Rjc，結至板熱阻Rjb，封裝方式，散熱表面外形尺寸（以上參數一般在元器件供
應商提供的用戶手冊中可以查到），PCB板的層數，流過元器件的空氣溫度和速度（由系統級估算獲得）,工作結溫按下式進行計算：
5.5.7.1元器件背有散熱器
對于帶銅板封裝的大功率元器件(典型如TO－220/TO-247等)，其熱量通過環氧表面 (通常為TOP面)、管腳及銅板共3個渠道傳遞出來，由于結到環氧表面、結到管腳的熱阻較大，所以通過銅板的傳熱為主要的傳熱途徑，如果銅板所貼的散熱器熱阻足夠小且流過環氧表面的風速小于1m/s，則通過其它兩種路徑的傳熱基本可以忽略，在已知散熱器臺面溫度Ts下 , 器件的工作結溫為：
Tj=Ts+ PT³Rth(j-s) ≤0.8Tjmax……………………………(4)
PT---元器件的熱損耗，W
Rth(j-s)----元器件結到散熱器表面的熱阻，℃/W
對于無銅板的塑封器件，其熱量通過環氧表面 (通常為TOP面)、管腳共2個渠道傳遞出來，元器件不僅通過表面對流散熱，還通過PCB板的導熱傳遞熱量。PCB的各層信號層、地層和電源層都鋪有大面積的銅，綜合的導熱系數比較高，整個PCB板就象是一塊大的平板散熱器，具有熱量均勻化的作用。所以應盡量減小結至板的熱阻，如BGA封裝有大量鋼珠直接和板接觸，熱阻比QFP的封裝方式小。一般較難計算散熱量在這兩條散熱路徑（表面對流與PCB導熱）上的分配比例，但經驗表明對于BGA和QFP這樣的封裝，表面無散熱器時，PCB導熱量將占總發熱量的50%或以上，表面加散熱器時，表面熱阻大幅降低，則PCB導熱量將減小為很小一部分。
5.5.7.2 元器件無散熱器
如果已知結到環境的熱阻，環境溫度，則器件的工作結溫為：
Tj=Ta+ PT³Rth(j-a)
＝Ta+ PT³（Rth(j-c)＋Rth(c-a)）……(5)
如果沒有提供Rja，就需要運用經驗公式計算芯片表面換熱系數，并根據器件的表面散熱量計算殼體溫升Rth(c-a)= 1/hA ……………(6)
式中A為表面換熱面積/m2，h為表面換熱系數/W/m2℃，用下式求出……………(7)式中b和m為實驗系數，D為特征尺寸，由表-2查出；為空氣的導熱系數/W/m℃；Re為雷諾數。
表-2. 不同情況下的常數b和m
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