电子电路PCB的散热分析与设计

论文摘要

本文的设计工作来源于国家科研项目“印制电路板(PCB)板级热可靠性分析应用平台”。作者承担的是对某信号预处理模块的PCB进行散热分析和优化设计。本文从PCB的三个热源出发,结合元器件封装的热特性,对PCB的结构构成进行了详细地热分析,在此基础上,为改善PCB与电子元器件之间的热特性,提高PCB的散热能力和可靠性,对PCB的结构构成和电子元器件的布局进行了优化设计。首先,本文介绍了电子设备热设计和散热分析技术的发展概况,并简要地概括了常用电子元器件封装的热特性和PCB热设计的相关知识。其次,介绍了传热学的基本原理、PCB简化模型的数值求解和PCB的有效导热系数的计算。然后,具体地分析了PCB的内层铜厚度对PCB的平面导热系数的影响；分析了PCB中热过孔的走线方式、个数和参数设置对PCB的厚度方向散热能力的影响；分析了PCB的边界条件和电子元器件的模型对电子元器件的结点温度和PCB的平均温度的影响。另外,本文还运用热力导向优化算法,分析了电子元器件的优化布局对元器件的结点温度的影响。最后,本文对某信号的预处理模块PCB的散热方案进行了优化设计。本文采用Flopcb软件,对某信号预处理模块PCB的散热方案进行仿真验证。仿真结果表明,PCB的散热方案有效地改善了PCB的散热能力,降低了电子元器件的结点温度和PCB的平均温度,从而确保了电子元器件在要求的环境温度范围内安全可靠地工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 电子封装的热特性
• 1.3 PCB热设计概述
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 热设计的基本原理与分析方法
• 2.1 热传递的基本方式
• 2.2 传热微分方程
• 2.3 热分析方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 PCB建模与温度场的数值求解
• 3.1 PCB模型的建立
• 3.2 PCB温度场的数值求解
• 3.3 多层板的热阻计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 PCB的散热分析
• 4.1 PCB结构对散热能力的影响
• 4.2 器件模型对PCB散热能力的影响
• 4.3 器件布局对PCB散热能力的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 实例分析与优化设计
• 5.1 实例的基本参数
• 5.2 散热方案优化
• 5.3 仿真分析与验证
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果