做電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工程師十有八九都被MOS管的發(fā)熱逼到過(guò)墻角。原理圖仿真一切正常板子畫完貼片回來(lái)一上滿載跑五分鐘MOS管外殼燙到不敢碰紅外相機(jī)一照熱點(diǎn)就壓在封裝正下方巴掌大的地方。翻到背面一看焊盤底下過(guò)孔打得密密麻麻可溫度就是沒降下來(lái)多少。這時(shí)候大多數(shù)人第一反應(yīng)是“孔打少了”再補(bǔ)一圈孔結(jié)果板子還沒開始發(fā)熱先把貼片廠整崩潰了——焊接空洞、吸錫、虛焊全冒出來(lái)。這篇文章就聊一件事PCB上給MOS管加散熱孔真正決定效果的是哪三個(gè)關(guān)鍵尺寸——孔徑、間距、陣列落位以及網(wǎng)上很少系統(tǒng)講清楚的避坑細(xì)節(jié)。我自己在開關(guān)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、DC-DC模塊上折騰過(guò)很多輪踩過(guò)孔被焊錫吸干的虧也試過(guò)樹脂塞孔后散熱效果不降反升下面把這些經(jīng)驗(yàn)全部攤開說(shuō)。如果你正在畫MOS管開關(guān)電路、功率板或者任何有大焊盤發(fā)熱元件的PCB這篇應(yīng)該能幫你少走不少?gòu)澛贰?. 散熱孔到底在散什么熱先算清MOS管的傳熱鏈條1.1 芯片熱量從die到空氣的完整路徑MOS管的發(fā)熱來(lái)源其實(shí)分兩塊導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗是I2R跟RDS(on)和電流有關(guān)開關(guān)損耗跟開關(guān)頻率、柵極驅(qū)動(dòng)、米勒平臺(tái)期的電壓電流交疊直接相關(guān)。這兩部分加起來(lái)變成die上的熱量然后走一條物理鏈散出去die → 芯片粘接層 → 引線框架通常是D極那塊銅坨→ 焊料 → PCB焊盤 → PCB內(nèi)部傳導(dǎo) → 空氣。大多數(shù)功率MOS管的封裝比如DPAKTO-252、D2PAKTO-263、PDFN 5×6、LFPAK底部都有一個(gè)巨大的漏極焊盤exposed pad。這個(gè)焊盤既是電流通道D極也是散熱主通道。封裝數(shù)據(jù)手冊(cè)里給的RθJC結(jié)到殼熱阻很低通常0.31.5°C/W意思是熱量從die到封裝底面焊盤的阻力很小。問(wèn)題出在封裝焊盤之后——焊料到PCB這一段以及PCB本身怎么把熱量鋪開、交給空氣。這里有個(gè)材料對(duì)比FR4基材的導(dǎo)熱系數(shù)只有0.3W/(m·K)左右銅是385W/(m·K)差了一千多倍。所以PCB上導(dǎo)熱的唯一高效路徑是銅皮和銅孔。散熱孔的使命就是把表層焊盤聚集的熱量以最短路徑送到內(nèi)層地平面或底層大面積銅皮再由銅皮攤開散熱。新手最容易忽略的一點(diǎn)是散熱孔本身不直接“散熱”它干的是“導(dǎo)熱的活”。最終把熱量交給空氣的是銅皮面積、空氣流動(dòng)和外殼/散熱器。如果你的板子外層銅皮很小也沒有內(nèi)層電源或地平面打再多散熱孔也只是把熱量從一個(gè)小點(diǎn)挪到另一個(gè)小點(diǎn)溫度照樣壓不住。1.2 單個(gè)過(guò)孔的熱阻一個(gè)讓你清醒的數(shù)字先給一個(gè)可復(fù)現(xiàn)的估算方法。過(guò)孔的熱阻可以簡(jiǎn)化成圓柱銅壁的體熱阻R_via L / (κ × A)其中κ取385W/(m·K)A是過(guò)孔孔壁銅的截面積約等于π乘以孔徑乘以孔壁鍍銅厚度L是板厚。以最常見的0.3mm成品孔徑、25μm孔壁銅厚為例板厚1.6mmA 3.14 × 0.3mm × 25μm ≈ 2.36×10?? m2R_via 0.0016 / (385 × 2.36×10??) ≈ 176°C/W單個(gè)過(guò)孔的熱阻高達(dá)176°C/W看著嚇人但過(guò)孔是并聯(lián)使用的。16個(gè)過(guò)孔并聯(lián)就是11°C/W左右25個(gè)就是7°C/W左右這個(gè)量級(jí)在整條熱鏈路里就說(shuō)得過(guò)去了。下面這張表是粗略數(shù)量級(jí)方便你快速估算配置等效體熱阻近似值1個(gè)0.3mm空孔≈176°C/W3×39個(gè)≈20°C/W4×416個(gè)≈11°C/W5×525個(gè)≈7°C/W4×4焊錫填充孔≈9°C/W焊錫填充為什么能再降一點(diǎn)因?yàn)殄a的導(dǎo)熱系數(shù)約50W/(m·K)雖然只有銅的七分之一但填滿后相當(dāng)于在孔中心多了一條粗導(dǎo)體整體等效導(dǎo)熱截面積增加了四成左右。樹脂塞孔則不一樣樹脂導(dǎo)熱很差可它只填充孔心不碰孔壁銅所以熱阻和空孔基本持平——這解釋了為什么很多人擔(dān)心“塞了樹脂就不導(dǎo)熱了”其實(shí)完全多慮。1.3 從熱阻預(yù)算倒推散熱孔數(shù)量說(shuō)得太抽象沒用拿實(shí)際場(chǎng)景算一遍。一個(gè)PDFN 5×6封裝的同步整流MOS管RDS(on)8mΩ流經(jīng)RMS電流10A導(dǎo)通損耗PI2R≈0.8W疊加一點(diǎn)開關(guān)損耗總共約1.5W。設(shè)計(jì)目標(biāo)焊盤溫升不超過(guò)40°C那么從焊盤到環(huán)境的熱阻預(yù)算是40÷1.5≈27°C/W。如果只在頂層留1oz、2cm×2cm的銅皮沒有過(guò)孔也沒有底層銅熱阻能做到4060°C/W已經(jīng)不錯(cuò)壓不住這個(gè)預(yù)算。加了4×416個(gè)0.3mm過(guò)孔連通到底層2oz銅皮底層再鋪到4cm×4cm整條熱阻能降到1525°C/W溫升就落進(jìn)預(yù)算了。這個(gè)例子的關(guān)鍵在于散熱孔數(shù)量由熱阻預(yù)算決定不是越多越好。多到一定程度繼續(xù)加孔帶來(lái)的收益會(huì)明顯遞減反而引入工藝問(wèn)題。先算賬再打孔而不是先打孔再祈禱。2. 三個(gè)關(guān)鍵尺寸孔徑、間距、陣列落位怎么取值2.1 孔徑0.3mm是絕大多數(shù)情況的最優(yōu)解孔徑這個(gè)參數(shù)很多工程師是從過(guò)孔庫(kù)里隨便拖一個(gè)默認(rèn)值常見的是0.2mm或0.5mm但這兩個(gè)都不適合功率散熱孔。0.2mm孔徑的問(wèn)題在于工藝。深徑比板厚除以孔徑在1.6mm板厚下是8:1接近很多PCB廠電鍍能力的上限孔壁銅厚一致性變差而且樹脂塞孔對(duì)這么小的孔徑很難做到平整貼片時(shí)容易在焊盤表面留下凹陷反而增加空洞風(fēng)險(xiǎn)。0.2mm鉆孔成本也不低。0.5mm孔徑則走向另一個(gè)極端。單孔截面積確實(shí)大0.5mm孔壁面積約是0.3mm的1.67倍但同樣的焊盤尺寸下0.5mm孔能布的數(shù)量少很多而且孔徑越大回流焊時(shí)毛細(xì)吸錫越嚴(yán)重焊盤機(jī)械強(qiáng)度也下降。我們來(lái)看一個(gè)綜合對(duì)比成品孔徑單孔熱阻1.6mm板厚6.5×6.5mm焊盤可布孔數(shù)主要問(wèn)題0.2mm≈264°C/W最多約49個(gè)深徑比高、塞孔平整度差、成本高0.3mm≈176°C/W約36個(gè)無(wú)明顯短板0.4mm≈132°C/W約25個(gè)爬錫明顯、焊盤強(qiáng)度下降0.5mm≈106°C/W約16個(gè)吸錫嚴(yán)重、銅箔易翹0.3mm在成本、可制造性、布孔密度之間取得了最優(yōu)平衡。1.6mm板厚用0.3mm深徑比5.3:1任何常規(guī)板廠都能穩(wěn)定做需要塞孔時(shí)0.3mm也是樹脂塞孔工藝最舒服的區(qū)間。我的習(xí)慣是除非板厚超過(guò)2.0mm否則散熱孔一律先定0.3mm。2.2 間距1.0mm中心距為什么是平衡點(diǎn)過(guò)孔間距決定了單位面積能塞多少個(gè)孔也決定了孔之間FR4“橋”有多寬。0.3mm孔配1.0mm中心距孔邊到孔邊是0.7mm配0.8mm中心距孔邊剩0.5mm如果喪心病狂做到0.5mm中心距孔邊只剩0.2mm的FR4薄壁。FR4在鉆孔后剩下的薄壁如果太薄在回流焊高溫、熱循環(huán)和機(jī)械應(yīng)力下容易出現(xiàn)微裂紋。板廠做切片實(shí)驗(yàn)經(jīng)常能看見這種隱患輕則影響長(zhǎng)期可靠性重則直接板子分層。經(jīng)驗(yàn)上0.3mm孔中心距不要小于0.8mm穩(wěn)妥用1.0mm。從導(dǎo)熱角度看過(guò)孔之間的熱量是“擠”著走的。銅皮把熱量送進(jìn)過(guò)孔時(shí)會(huì)在孔周圍形成一個(gè)近似圓形的熱影響區(qū)0.3mm孔的熱影響半徑大概在0.40.6mm。也就是說(shuō)兩個(gè)孔中心距1.0mm時(shí)各自的熱影響區(qū)剛好搭上熱量能接力往外走間距再遠(yuǎn)就出現(xiàn)空檔焊盤上有些區(qū)域的熱量要繞路才能找到孔傳導(dǎo)效率打折。0.4mm孔徑配1.2mm中心距、0.5mm孔徑配1.5mm中心距本質(zhì)上都是在維持“孔邊距約0.7mm”這個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。記住這個(gè)比例關(guān)系比死記數(shù)字更通用。2.3 陣列落位焊盤不是用來(lái)全部打穿的第三個(gè)關(guān)鍵尺寸很多人完全沒有概念過(guò)孔陣列該覆蓋焊盤的多少面積邊緣留多少我見過(guò)最夸張的設(shè)計(jì)是把整個(gè)6.5mm×6.5mm焊盤打滿孔孔邊距焊盤邊只剩0.1mm板廠直接預(yù)警焊盤邊緣一圈幾乎全是孔銅箔和基材的粘接面積沒了焊接時(shí)表面張力加MOS管重力一拉邊緣銅皮很容易翹起。正確做法是陣列外圈過(guò)孔中心到焊盤邊緣的距離不小于0.5mm也就是焊盤四周留出一個(gè)完整銅環(huán)。這個(gè)銅環(huán)是焊料鋪展和焊盤附著力的物理保障也是鉆孔公差±0.050.1mm的余量。銅環(huán)還有一個(gè)不顯眼但很關(guān)鍵的作用給熔化的焊膏提供一個(gè)“?？繀^(qū)”。如果過(guò)孔直接頂?shù)胶副P邊緣整個(gè)焊盤上的錫都可能被虹吸進(jìn)孔里焊盤邊緣反而沒有焊料覆蓋形成虛焊。陣列覆蓋范圍怎么定一般覆蓋焊盤中心區(qū)域的70%80%就夠了。比如6.5mm×6.5mm的焊盤過(guò)孔陣列落在中央4.8mm×4.8mm左右四周留均勻銅環(huán)。這樣既保證了導(dǎo)熱截面積又保住了焊接可靠性。一句話總結(jié)孔徑定0.3mm間距定1.0mm陣列四周留0.5mm以上銅環(huán)。3. 爬錫、假地和熱風(fēng)焊盤散熱孔最常見的三個(gè)“散熱失效”坑3.1 回流焊時(shí)焊錫爬孔溫度反而更高先說(shuō)一個(gè)我真實(shí)踩過(guò)的坑。有一塊60W DC-DC模塊同步整流MOS管用DPAK第一版出于“散熱孔越多越好”的心態(tài)在D極焊盤上打了26個(gè)0.5mm直通孔底面不做任何塞孔直接開窗。結(jié)果貼片回來(lái)目測(cè)焊點(diǎn)挺飽滿一上負(fù)載70W老化直接把管子燒了。剖開一看MOS管底面與焊盤之間的焊料層里有大面積空洞部分區(qū)域只剩薄薄一層氧化錫——錫在回流時(shí)全被毛細(xì)作用吸進(jìn)過(guò)孔跑到板子背面去了。這就是典型的“爬錫”失效solder wicking?？讖皆酱?、底面開窗越大、孔壁越光滑毛細(xì)力越強(qiáng)錫被吸走得越狠。焊料層一旦出現(xiàn)大面積空洞熱阻成倍增加而且空洞位置隨機(jī)同一批板子有的好有的差性能一致性非常差。更隱蔽的是有些板子常溫測(cè)試正常一到高溫滿載就燒就是因?yàn)榭斩丛诟邷叵逻M(jìn)一步擴(kuò)大。解決思路只有兩條把孔塞了不讓錫下去或者在鋼網(wǎng)開孔時(shí)精確控制錫量并配合塞孔。量產(chǎn)中理性決策幾乎總是塞孔。3.2 樹脂塞孔、阻焊蓋油、開窗三種方式的真實(shí)差距散熱孔的處理方式直接決定焊接可靠性和散熱效果逐個(gè)拆開說(shuō)。樹脂塞孔加電鍍平整via-in-pad plated over是最可靠的方案。工藝流程是鉆孔、孔壁鍍銅、樹脂填孔、表面磨平、再鍍一層銅。焊盤表面是完整平面焊膏不會(huì)流失焊接空洞少貼片時(shí)不會(huì)因?yàn)榭桌镉锌諝鈱?dǎo)致“氣墊”漂浮返修也好處理。成本比普通過(guò)孔高交期略長(zhǎng)但換來(lái)的焊接良率和一致性非常值。孔徑太小小于0.25mm時(shí)塞孔良率會(huì)下降這也是我堅(jiān)持用0.3mm的原因之一。前面說(shuō)過(guò)樹脂不碰孔壁銅縱向熱阻基本不變不用擔(dān)心塞了樹脂散熱變差。阻焊蓋油tenting是成本最低的做法直接在孔上印阻焊油。問(wèn)題在于0.3mm孔單靠阻焊油封口工藝一致性一般部分孔會(huì)漏封或鼓泡一旦漏封爬錫問(wèn)題照舊。而且阻焊油導(dǎo)熱可以忽略如果你還指望底面開窗讓焊錫填孔增加導(dǎo)熱蓋油方案就幫不上忙。這個(gè)方案適合成本敏感、散熱要求不極端、不追求底面散熱的板子。背面開窗讓焊錫自己填充理論上熱阻能比空孔低15%25%因?yàn)殄a填滿了孔心。但風(fēng)險(xiǎn)很大回流時(shí)錫一旦全跑光焊盤底下就是空洞而且孔內(nèi)氣體會(huì)把錫頂出來(lái)形成錫珠影響外觀和電氣安全間距。我自己的習(xí)慣是只有小批量、手工焊接為主的樣機(jī)階段才這么干量產(chǎn)絕不碰。3.3 散熱孔連到了“假地”內(nèi)層銅皮被分割的隱蔽故障這個(gè)坑屬于典型的“設(shè)計(jì)時(shí)看不見熱像儀一照全明白”。一塊四層板底層是完整地平面MOS管在頂層散熱孔直接打過(guò)孔到底層。結(jié)果熱像儀一照溫度只集中在MOS管附近底層大片銅皮完全沒有參與散熱。查疊層圖才發(fā)現(xiàn)那塊地的正下方恰好被隔離槽和螺絲孔切出一條窄條MOS管落點(diǎn)和底層銅皮之間只有一條1.8mm寬的細(xì)銅相連熱路走了一個(gè)大“U”字熱量根本攤不開。這個(gè)故障光看原理圖永遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)不了必須把散熱孔所連接的每一層銅皮打開看一遍。設(shè)計(jì)時(shí)我給自己定了幾條硬規(guī)矩散熱孔連接的網(wǎng)絡(luò)在對(duì)應(yīng)層必須是連續(xù)且夠大的銅皮不能是孤島、不能是窄條多層板上散熱孔最好穿過(guò)多個(gè)電源或地平面讓熱量在多個(gè)層同時(shí)攤開如果因?yàn)楦綦x要求一定要切銅至少保證熱源焊盤正下方有整片連續(xù)的鋪銅寬度不要小于散熱焊盤的1.5倍。順便說(shuō)一句散熱孔連接的如果是電源層還要注意電源層的過(guò)流能力。很多D極焊盤直連的是開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW而這個(gè)節(jié)點(diǎn)在中間層往往只有一小塊銅這時(shí)就算孔打穿了熱量也只能在這個(gè)局部小銅皮上打轉(zhuǎn)。3.4 熱風(fēng)焊盤用在散熱孔上等于自廢武功很多工程師有給大面積銅皮連接加熱風(fēng)焊盤thermal relief的習(xí)慣這是從手工焊接方便的角度來(lái)的但對(duì)MOS管底部散熱焊盤來(lái)說(shuō)這招是災(zāi)難。熱風(fēng)焊盤的窄輻條spokes把散熱通道從整片焊盤變成幾條細(xì)線熱量和電流都被卡住。我做過(guò)同條件下的對(duì)比同一種TO-252管子D極焊盤直連銅皮和用8mil輻條熱風(fēng)連接同樣1.5W耗散焊盤溫度差了20°C以上。20°C是什么概念相當(dāng)于把散熱孔的努力全白費(fèi)了。所以功率焊盤、散熱孔區(qū)域一律用直連solid connection不要加thermal relief。返修焊接的問(wèn)題交給預(yù)熱臺(tái)、底部加熱板和大功率熱風(fēng)槍解決不能拿熱性能去換焊接便利性。4. 從SOT-23到D2PAK不同功率檔位的散熱孔配置參考4.1 SOT-23、SOT-223小封裝孔少而精SOT-23封裝的MOS大多是小信號(hào)或小電流用途單管功率往往不到0.5W但在一些驅(qū)動(dòng)電路里也可能跑幾十到幾百毫安結(jié)溫依然會(huì)超。SOT-23沒有exposed pad熱量主要通過(guò)引腳傳所以散熱孔只能放在引腳焊盤旁邊。做法是在D極引腳焊盤外側(cè)或背面打24個(gè)0.3mm過(guò)孔連通到地平面。千萬(wàn)別在引腳焊盤正上方打孔SOT-23引腳焊盤本身才0.6mm寬打個(gè)孔焊接面積直接報(bào)廢。SOT-223有個(gè)大Tab焊盤大約2.3mm×2.3mm可以撐到12W級(jí)別。散熱孔配置建議0.3mm孔徑、中心距0.8mm、陣列落在Tab焊盤中央約1.6mm×1.6mm區(qū)域也就是2×2到3×3個(gè)孔。這里要特別提醒SOT-223焊盤小孔到焊盤邊緣務(wù)必留0.4mm以上否則回流焊時(shí)Tab焊盤極易浮高——熔融錫被孔吸走后底下沒有支撐力MOS管就像坐在氣墊上一樣飄著焊后高度不一致應(yīng)力全在引腳上。4.2 DPAK/TO-252與PDFN 5×6主流中功率的主力配置DPAKTO-252的Tab焊盤實(shí)際約6.5mm×5.0mm含引腳區(qū)銅皮上建議開4×416個(gè)0.3mm孔中心距1.01.1mm陣列范圍控制在Tab中間區(qū)域四周保留完整銅環(huán)。配合底層2oz銅皮自然冷卻、不裝外部散熱器的情況下這類配置能把整機(jī)散熱熱阻壓在2030°C/W應(yīng)對(duì)35W損耗沒問(wèn)題。PDFN 5×6也叫PowerPAK SO-8、LFPAK 5×6的exposed pad大約4.9mm×5.9mm推薦3×3到4×4個(gè)0.3mm孔。這個(gè)封裝因?yàn)楹副P平整度高最適合“樹脂塞孔電鍍平整”方案焊接空洞率能做到很低。我量產(chǎn)的一款36V/8A降壓模塊就是用PDFN 5×616個(gè)樹脂塞孔底層2oz銅皮滿載持續(xù)老化12小時(shí)焊盤溫度穩(wěn)定在85°C附近效果很穩(wěn)。注意PDFN封裝底部還有散熱焊盤以外的信號(hào)引腳打孔時(shí)不要誤傷信號(hào)引腳區(qū)域。4.3 D2PAK/TO-263、TO-220大管子平面、孔、散熱器組合拳D2PAKTO-263的Tab焊盤更大約8mm×8mm甚至9mm×10mm可以上5×525個(gè)0.3mm孔或者4×4個(gè)0.4mm孔。但這里要潑一盆冷水功率到了5W以上單純靠PCB過(guò)孔和銅皮已經(jīng)很難壓住溫度必須配合底部大面積銅皮建議至少10cm2或外部散熱器否則孔打得再密也架不住熱量聚集。TO-220是直插封裝散熱片Tab上有安裝孔正規(guī)做法是把它鎖在外部鋁散熱器上。PCB上的焊盤主要承擔(dān)電氣連接和少量熱傳導(dǎo)散熱孔的意義更多是把Tab熱量引入內(nèi)層平面避免PCB局部過(guò)熱。一個(gè)實(shí)用組合TO-220的Tab焊盤區(qū)做1oz表面銅加2oz內(nèi)層銅底下打20個(gè)0.3mm散熱孔連到內(nèi)層完整地平面同時(shí)用導(dǎo)熱硅脂加螺絲把Tab鎖到外部散熱片。三管齊下才能穩(wěn)住10W級(jí)別的耗散。4.4 功率再往上走該上銅塊、鋁基板就別硬撐當(dāng)單管耗散超過(guò)10WPCB過(guò)孔陣列的導(dǎo)熱能力就見頂了。FR4的橫向?qū)崽羁自俣酂崃恳仓荒芟却怪贝┌逶倏裤~皮攤開效率天花板擺在那里。這時(shí)更有效的方案有三個(gè)銅塊嵌入copper coin是在PCB里嵌一塊24mm厚的純銅塊MOS管直接焊在銅塊上方熱阻可以做到接近0.5°C/W專治高頻電源、車規(guī)模塊這類對(duì)熱阻要求極高的場(chǎng)景。鋁基板IMS的絕緣層導(dǎo)熱系數(shù)13W/(m·K)比FR4好一個(gè)數(shù)量級(jí)配合鋁底板散熱LED驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)很常用。還有一種思路是底部加導(dǎo)熱墊連金屬外殼讓過(guò)孔把熱量送到PCB底面再通過(guò)導(dǎo)熱墊傳導(dǎo)到機(jī)殼。這種情況下底面焊盤上的散熱孔必須樹脂塞孔并磨平才能獲得平整的貼導(dǎo)熱墊工作面。我的態(tài)度很明確散熱孔陣列是解決中小功率依靠PCB面積散熱的優(yōu)雅手段但它不是萬(wàn)能的。到功率臨界點(diǎn)就換方案別硬堆孔堆到最后板廠和貼片廠一起罵你。5. 驗(yàn)證方法、工藝約束與生產(chǎn)中容易扯皮的細(xì)節(jié)5.1 怎么判斷你的散熱孔到底夠不夠先給一套可復(fù)現(xiàn)的驗(yàn)證方法。在第一版樣機(jī)上直接測(cè)第一給MOS管施加固定的耗散功率。可以用直流電源讓它工作在飽和區(qū)或者用恒流源從D-S灌電流調(diào)節(jié)VGS讓管子吃進(jìn)去指定功率。第二用熱電偶貼在MOS管封裝表面中央和PCB背面與焊盤對(duì)應(yīng)的位置等溫度穩(wěn)定后記錄。第三用紅外熱像儀照整板確認(rèn)熱分布形態(tài)。判斷標(biāo)準(zhǔn)很簡(jiǎn)單如果熱點(diǎn)集中在MOS管附近、底面銅皮溫度明顯更低說(shuō)明熱阻集中在過(guò)孔或焊料層如果整片銅皮溫度均勻但整體偏高說(shuō)明是散熱面積或?qū)α鞑粔颉Ｎ易约旱慕?jīng)驗(yàn)值是焊盤到PCB背面的溫差超過(guò)10°C優(yōu)先查孔的數(shù)量、孔徑和塞孔質(zhì)量如果背板溫度和空氣溫差大但面積已經(jīng)加不上去就該考慮加大銅皮或上外部散熱手段。結(jié)溫的間接標(biāo)定我推薦體二極管法MOS管內(nèi)部的體二極管正向壓降VSD隨溫度升高而線性下降大約-1.5-2mV/°C。先在一個(gè)恒溫箱里標(biāo)定VSD與溫度的曲線再在負(fù)載狀態(tài)下測(cè)VSD就能推算結(jié)溫。這個(gè)方法不需要破壞封裝比熱電偶更接近真實(shí)結(jié)溫做電源的老工程師基本人手一套。5.2 PCB工藝約束孔徑、孔環(huán)、深徑比與塞孔良率散熱孔設(shè)計(jì)不是隨便放一個(gè)過(guò)孔屬性就完事得給板廠留工藝裕量。最小孔環(huán)比annular ring外層建議不小于0.15mm內(nèi)層不小于0.2mm。如果散熱孔打在焊盤內(nèi)孔環(huán)就是焊盤本身表面看起來(lái)沒問(wèn)題但鉆孔有±0.050.1mm的公差孔位偏移后焊盤實(shí)際可焊面積會(huì)縮水。前面說(shuō)的“焊盤外圈多留0.5mm銅環(huán)”正是在吸收這個(gè)公差同時(shí)保證焊接面積。深徑比板厚除以孔徑也是硬約束。常規(guī)PCB廠家的電鍍能力在8:1以下比較穩(wěn)1.6mm板配0.3mm孔深徑比5.3:1很安全2.4mm板還硬用0.3mm孔深徑比8:1電鍍和塞孔良率就開始波動(dòng)這時(shí)候把孔徑提到0.4mm才是合理選擇。塞孔方式和孔徑要配套。樹脂塞孔對(duì)小孔徑敏感0.3mm是穩(wěn)妥的底線0.2mm的孔很多板廠不愿意承諾塞孔平整度強(qiáng)行做會(huì)出現(xiàn)焊盤表面凹陷焊接時(shí)形成隱蔽空洞。5.3 鋼網(wǎng)開窗、貼片與返修生產(chǎn)端容易被忽略的細(xì)節(jié)鋼網(wǎng)開孔比例對(duì)散熱焊盤來(lái)說(shuō)是個(gè)平衡游戲。MOS管底部大焊盤的鋼網(wǎng)開孔面積通常控制在焊盤面積的70%90%目的是防止焊錫過(guò)多把管子頂高浮高。如果你用了樹脂塞孔加電鍍平整焊盤表面是平的開孔比例可以取高一些到90%保證焊料填充飽滿如果過(guò)孔沒有塞鋼網(wǎng)就要減少開孔否則錫會(huì)被虹吸進(jìn)孔里焊盤底下缺錫。返修端的教訓(xùn)我印象很深帶大面積散熱孔和直連銅皮的板子用普通烙鐵拆MOS管極其痛苦熱量全被銅皮帶走烙鐵頭懟上去溫度瞬間掉下來(lái)。我后來(lái)備了一把350W高頻熱風(fēng)槍加鋁制預(yù)熱臺(tái)板子先預(yù)熱到100°C左右再拆MOS管幾秒鐘就下來(lái)了。散熱設(shè)計(jì)做得越好的板子返修越需要預(yù)熱這個(gè)規(guī)律反過(guò)來(lái)也成立——如果你的MOS管很容易拆反而要懷疑散熱設(shè)計(jì)是不是偷懶了。還有一個(gè)測(cè)試中的坑如果底面散熱孔開窗并且要貼導(dǎo)熱墊導(dǎo)熱墊必須選得足夠厚推薦1mm以上。否則導(dǎo)熱墊會(huì)被散熱孔開口處的毛刺和阻焊邊緣頂破反而引入絕緣隱患嚴(yán)重時(shí)甚至把外殼頂變形。用樹脂塞孔的板子沒有這個(gè)問(wèn)題所以凡是底面要貼導(dǎo)熱墊或絕緣片的設(shè)計(jì)我都建議直接用樹脂塞孔省心。說(shuō)到底散熱孔的三個(gè)關(guān)鍵尺寸——0.3mm孔徑、1.0mm中心距、四周0.5mm銅環(huán)——不是什么高深理論都是工藝和熱傳導(dǎo)公式互相妥協(xié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)值。先把這條主線立住再根據(jù)封裝大小、功率等級(jí)和板厚去微調(diào)散熱設(shè)計(jì)就不會(huì)跑偏。