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了解3D打印機電源等開關(guān)電源的散熱管理

來源：發(fā)布時間：2019-05-21 點擊量：1076

了解3D打印機電源等開關(guān)電源的散熱管理

在現(xiàn)代化進程中，電器使用越來越普遍，而據(jù)統(tǒng)計表明電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10%;溫升50℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6。除了電應(yīng)力之外，溫度是影響3D打印機電源等開關(guān)電源可靠性的最重要的因素。所以對于本文就來從散熱上怎么管理來展開敘訴。

什么是散熱的定義:Θja—表示周圍熱阻的裸片結(jié)點，通常用于散熱封裝性能對比。
Θjc—表示外殼頂部熱阻的裸片結(jié)點?！ˇ╦p—表示外露散熱焊盤熱阻的芯片結(jié)點，通常用于預測裸片結(jié)點溫度的較好參考。Θjb—表示一條引線熱阻路徑下電路板的裸片結(jié)點。

3D打印機電源等開關(guān)電源的散熱管理的難點在于要在獲得更高散熱性能、更高工作環(huán)境溫度以及更低覆銅散熱層預算的同時，縮小封裝尺寸。高封裝效率將導致產(chǎn)生熱量組件較高的集中度，從而帶來在IC級和封裝級極高的熱通量。

需要考慮的因素包括可能會影響分析器件溫度、系統(tǒng)空間和氣流設(shè)計/限制條件等其他一些印刷電路板功率器件。了解3D打印機電源等開關(guān)電源的散熱管理考慮的三個層面分別為：封裝、電路板和系統(tǒng)。

低成本、小外形尺寸、模塊集成和封裝可靠性是選擇封裝時需要考慮的幾個方面。由于成本成為關(guān)鍵的考慮因素，因此基于引線框架的散熱增強封裝正日益受到人們的青睞。這種封裝包括內(nèi)嵌散熱片或裸露焊盤和均熱片型封裝，設(shè)計旨在提高散熱性能。在一些表面貼裝封裝中，一些專用引線框架在封裝的每一面均熔接幾條引線，以起到均熱器的作用。這種方法為裸片焊盤的熱傳遞提供了較好的散熱路徑。

散熱分析要求詳細、準確的硅芯片產(chǎn)品模型和外殼散熱屬性。半導體供應(yīng)商提供硅芯片 IC 散熱機械屬性和封裝，而設(shè)備制造商則提供模塊材料的相關(guān)信息。產(chǎn)品用戶提供使用環(huán)境資料。
這種分析有助于IC設(shè)計人員對 3D打印機電源等開關(guān)電源FET尺寸進行優(yōu)化，以適用于瞬態(tài)和靜態(tài)運行模式中的最壞情況下的功耗。在許多3D打印機電源等開關(guān)電源電子IC中，電源FET都占用了裸片面積相當大的一部分。散熱分析有助于設(shè)計人員優(yōu)化其設(shè)計。

了解3D打印機電源等開關(guān)電源散熱管理選用的封裝一般會讓部分金屬外露，以此來提供硅芯片到散熱器的低散熱阻抗路徑。模型要求的關(guān)鍵參數(shù)如下：

1.硅芯片尺寸縱橫比和芯片厚度。　2.功率器件面積和位置，以及任何發(fā)熱的輔助驅(qū)動電路。3.電源結(jié)構(gòu)厚度(硅芯片內(nèi)分散情況)。4.硅芯片連接至外露金屬焊盤或金屬突起連接處的裸片連接面積與厚度?？赡馨闫B接材料氣隙百分比。5.外露金屬焊盤或金屬突起連接處的面積和厚度。6.使用鑄模材料和連接引線的封裝尺寸。

了解 3D打印機電源等開關(guān)電源散熱管理需提供模型所用每一種材料的熱傳導屬性。這種數(shù)據(jù)輸入還包括所有熱傳導屬性的溫度依賴性變化，這些傳導屬性具體包括：

1.硅芯片熱傳導性 2.裸片連接、鑄模材料的熱傳導性　3.金屬焊盤或金屬突起連接處的熱傳導性?！?.封裝類型 (packageproduct) 和 PCB 相互作用

散熱仿真的一個至關(guān)重要的參數(shù)是確定焊盤到散熱片材料的熱阻，其確定方法主要有以下幾種：
1.多層 FR4 電路板(常見的為四層和六層電路板)
2.單端電路板 3.頂層及底層電路板

 3D打印機電源等開關(guān)電源的散熱和熱阻路徑根據(jù)不同的實施方法而各異：
連接至內(nèi)部散熱片面板的散熱焊盤或突起連接處的散熱孔。使用焊料將外露散熱焊盤或突起連接處連接至 PCB 頂層。

位于外露散熱焊盤或突起連接處下方PCB 上的一個開口，可以和連接至模塊金屬外殼的伸出散熱片基座相連。

利用金屬螺釘將散熱層連接至金屬外殼的 PCB 頂部或底部覆銅層上的散熱片。使用焊料將外露散熱焊盤或突起連接處連接至 PCB 的頂層。

另外，每層 PCB上所用鍍銅的重量或厚度非常關(guān)鍵。就熱阻分析而言，連接至外露焊盤或突起連接處的各層直接受這一參數(shù)的影響。一般而言，這就是多層印刷電路板中的頂部、散熱片和底部層

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