描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121407444丛书名: 电子工程技术丛书
全书共分6章，着重介绍了PCB热设计基础、元器件封装的热特性与PCB热设计、高导热PCB的热特性、PCB散热通孔（过孔）设计、PCB热设计示例，以及PCB用散热器。本书内容丰富，叙述详尽清晰，图文并茂，通过大量的设计示例说明PCB热设计中的一些技巧与方法及应该注意的问题，实用性强。
第1章 PCB热设计基础 1
1.1 热传递的三种方式 1
1.1.1 导热 1
1.1.2 热辐射 3
1.1.3 对流 4
1.2 热设计的术语和定义 5
1.3 热设计的基本要求与原则 7
1.3.1 热设计的基本要求 7
1.3.2 热设计的基本原则 8
1.3.3 冷却方式的选择 8
1.4 热设计仿真工具 10
1.4.1 PCB的热性能分析 10
1.4.2 热仿真软件FloTHERM 11
1.4.3 散热仿真优化分析软件ANSYS Icepak 12
1.4.4 ADI功耗与管芯温度计算器 14
第2章 元器件封装的热特性与PCB热设计 15
2.1 与元器件封装热特性有关的一些参数 15
2.1.1 热阻 15
2.1.2 温度 19
2.1.3 功耗 21
2.1.4 工作结温与可靠性 24
2.2 功率SMD封装的热特性与PCB热设计 27
2.2.1 功率SMD的结构形式 27
2.2.2 P-DSO-8-1封装的热特性与PCB设计 28
2.2.3 P-DSO-14-4封装的热特性与PCB设计 28
2.2.4 P-DSO-20-6（P-DSO-24-3，P-DSO-28-6）封装的热特性与PCB设计 29
2.2.5 P-DSO-20-10封装的热特性与PCB设计 30
2.2.6 P-DSO-36-10封装的热特性与PCB设计 31
2.2.7 P-TO252/263封装的热特性与PCB设计 32
2.2.8 SCT595封装的热特性与PCB设计 33
2.2.9 SOT223封装的热特性与PCB设计 34
2.3 裸露焊盘的热特性与PCB热设计 34
2.3.1 裸露焊盘简介 34
2.3.2 裸露焊盘连接的基本要求 39
2.3.3 裸露焊盘散热通孔的设计 41
2.3.4 裸露焊盘的PCB设计示例 43
2.4 LFPAK封装结构与PCB热设计 50
2.4.1 LFPAK封装的结构形式 50
2.4.2 LFPAK封装的热特性 50
2.4.3 Power-SO8的PCB设计示例 52
2.5 TO-263封装的热特性与PCB热设计 52
2.5.1 TO-263封装的结构形式 52
2.5.2 TO-263封装的热特性 53
2.5.3 TO-263封装的PCB热设计 53
2.6 LLP封装的热特性与PCB热设计 54
2.6.1 LLP封装的结构形式 54
2.6.2 LLP封装的PCB热设计 55
2.6.3 散热通孔对LLP热阻θJA的影响 58
2.6.4 嵌入式铜散热层对LLP热阻θJA的影响 59
2.6.5 在4层和2层JEDEC板上的θJA 60
2.7 VQFN-48封装的热特性与PCB热设计 61
2.7.1 VQFN-48封装的热特性 61
2.7.2 VQFN-48封装的PCB热设计 62
2.8 0.4mm PoP封装的PCB热设计 63
2.8.1 0.4mm PoP封装的结构形式 63
2.8.2 PoP封装的布线和层叠 64
2.8.3 Beagle板OMAP35x处理器部分PCB设计示例 65
第3章 高导热PCB的热特性 69
3.1 高导热PCB基板材料简介 69
3.1.1 陶瓷基板 69
3.1.2 金属基板 70
3.1.3 有机树脂基板 70
3.1.4 高辐射率基板 72
3.1.5 散热基板的绝缘层材料 72
3.2 金属基PCB的热特性分析 73
3.2.1 不同尺寸铜基的热特性 73
3.2.2 不同铜基形状的热特性 75
3.2.3 不同铜基间距的热特性 75
3.3 金属基PCB的结构类型和介质材料 76
3.3.1 金属基PCB的结构类型 76
3.3.2 金属基PCB的导热性黏结介质材料 77
3.3.3 金属基PCB用填料 80
3.3.4 金属基PCB生产中存在的问题及改进措施 80
3.4 覆铜板用厚铜箔的规格和性能 81
3.4.1 厚铜箔的主要规格 81
3.4.2 厚铜箔的主要性能要求 83
3.5 不同叠层结构PCB的热特性比较 85
3.5.1 PCB结构形式 85
3.5.2 热阻模型和软件建模 86
3.5.3 不同层叠结构PCB的热特性分析 88
3.6 导热层厚度对PCB热特性的影响 91
3.6.1 建立有限元分析模型 91
3.6.2 有限元仿真PCB温度场分析 92
3.7 金属基微波板制作的关键技术 93
3.7.1 板厚 93
3.7.2 孔金属化 93
3.7.3 阻抗控制 94
3.7.4 终表面镀覆 94
3.8 高频混压多层板的热特性 94
3.8.1 高频混压多层板散热性能的局限与改善 94
3.8.2 局部混压埋铜PCB 96
3.9 高密度互联（HDI）PCB的热特性 99
3.9.1 HDI PCB的结构形式和设计要求 99
3.9.2 影响HDI板耐热性的主要因素 102
3.9.3 改善HDI板设计以提高其耐热性 104
第4章 PCB散热通孔（过孔）设计 108
4.1 过孔模型 108
4.1.1 过孔类型 108
4.1.2 过孔电容 108
4.1.3 过孔电感 109
4.1.4 过孔的电流模型 109
4.1.5 典型过孔的R、L、C参数 110
4.1.6 过孔焊盘与孔径的尺寸 110
4.1.7 过孔与SMT焊盘图形的关系 112
4.2 PCB散热通孔的热特性 114
4.2.1 不同覆铜量PCB的热阻 114
4.2.2 散热通孔的热阻 115
4.2.3 未开孔区域的PCB热阻 118
4.2.4 整个PCB的热阻 119
4.2.5 散热通孔的优化 119
4.3 BGA封装的散热通孔设计 120
4.3.1 BGA表面焊盘的布局和尺寸 121
4.3.2 BGA过孔焊盘的布局和尺寸 123
4.3.3 BGA信号线间隙和走线宽度 125
4.3.4 BGA的PCB层数 126
4.3.5 ?BGA封装的布线方式和过孔 126
4.3.6 Xilinx公司推荐的焊盘过孔设计规则 127
4.4 密集散热通孔的热特性 129
4.4.1 不同板材密集散热通孔的耐热性能 129
4.4.2 影响PCB密集散热通孔区分层的主要因素及优化 130
4.4.3 BGA密集散热通孔耐热性能影响因素分析 135
第5章 PCB热设计示例 137
5.1 PCB热设计的基本原则 137
5.1.1 PCB基材的选择 137
5.1.2 元器件的布局 139
5.1.3 PCB的布线 141
5.2 PCB布局热设计示例 143
5.2.1 均匀分布热源的稳态传导PCB的热设计 143
5.2.2 铝质散热芯PCB的热设计 145
5.2.3 多芯片双面PCB的热应力分析 146
5.2.4 板级电路热分析及布局优化设计 149
5.2.5 PCB之间的合理间距设计 153
5.2.6 有限密闭空间内大功率电路板的热设计 155
5.3 电源PCB热设计示例 159
5.3.1 电源模块的PCB热设计 159
5.3.2 降压调节器的PCB热设计 162
5.4 LED PCB热设计示例 164
5.4.1 不同散热焊盘LED的安装形式 164
5.4.2 PCB的热阻 165
5.4.3 PCB散热焊盘的设计 168
5.4.4 LED安装间距对热串扰的影响 171
5.4.5 铜导线尺寸对散热的影响 172
5.4.6 散热通孔对热阻的影响 172
5.4.7 FR-4板厚度和导线尺寸对热阻的影响 175
5.4.8 PCB导线对热阻的影响 176
5.4.9 MCPCB介质热导率对热阻的影响 179
5.4.10 Cree公司推荐的FR-4 PCB布局 180
第6章 PCB用散热器 185
6.1 散热器的选用原则 185
6.1.1 散热器的种类 185
6.1.2 散热器的一些标准 187
6.1.3 散热器选用的基本原则 188
6.2 散热器的热特性分析 189
6.2.1 散热器热阻模型的建立 189
6.2.2 不同表面积散热器的热特性 192
6.2.3 辐射对真空中元器件散热的影响 193
6.3 热界面材料的热特性 195
6.3.1 热界面材料的选择 195
6.3.2 热界面材料温升与压强的关系 197
6.3.3 真空环境下的界面热阻 197
6.3.4 不同热界面材料对接触热阻的影响 199
6.4 FPGA器件的散热管理 200
6.4.1 带散热器的器件热电路模型 200
6.4.2 确定是否需要使用散热器 202
6.4.3 散热器的安装方法 204
6.5 TCFCBGA器件的散热处理 207
6.5.1 TCFCBGA的封装形式 207
6.5.2 TCFCBGA封装的散热 207
6.5.3 小热源器件的散热器选择 209
6.5.4 返修或拆除散热器 209
6.6 数字信号处理器散热处理 210
6.6.1 热分析模型 210
6.6.2 散热器的选择 211
6.7 高频开关电源的散热处理 213
参考文献 217
电子设备的热技术已经成为电子元器件、设备和系统可靠性研究的一项主要内容，包括热分析、热设计及热测试。热设计的主要作用是保证设备的功能、性能、寿命和安全性。热设计主要包括两个方面：一是如何控制热源的发热量；二是如何将热源产生的热量散出去。电子设备的热设计可以分为系统级（Systems）、封装级（Packages）和元器件级（Components）等多个层次。系统级热设计主要包括电子设备机箱、框架等热设计。封装级热设计主要包括电子模块、PCB、散热器等热设计。元器件级热设计主要包括内部结构、封装形式等热设计。
PCB是电子设备中不可缺少的重要组成部分。随着集成电路的单位规模和功率越来越大，体积越来越小，开关速度越来越快，工作频率越来越高，PCB的安装密度越来越高，层数也越来越多，PCB上的电磁兼容性、信号完整性和电源完整性，以及热设计等问题相互紧密地交织在一起。对一个正在从事PCB设计的工程师而言，在进行PCB设计时，需要考虑的问题也越来越多，要实现一个能够满足设计要求的PCB也变得越来越难。要设计一个能够满足要求的PCB，不仅需要理论支持，还需要工程实践经验。
本书是为从事电子产品设计的工程技术人员编写的一本专门介绍PCB热设计的基本知识、设计要求与方法的参考书。本书没有大量的理论介绍和公式推导，而是从工程设计要求出发，通过介绍大量的PCB热设计示例，图文并茂地说明了PCB热设计中的一些技巧与方法，以及应该注意的问题，具有很好的实用性。
本书共分6章。第1章是PCB热设计基础，介绍了热传递的三种方式、热设计的术语和定义、热设计的基本要求与原则，以及热设计仿真工具。第2章是元器件封装的热特性与PCB热设计，介绍了元器件的封装形式，与元器件封装热特性有关的一些参数，元器件封装的热阻模型和热阻，元器件的功耗，元器件工作结温与可靠性，功率SMD封装的热特性与PCB热设计，裸露焊盘封装IC的热特性与PCB热设计，LFPAK Power-SO8封装结构与PCB热设计，TO-263 THIN封装、LLP封装、VQFN-48封装的热特性与PCB热设计，0.4mm PoP封装的PCB热设计。第3章是高导热PCB的热特性，介绍了高导热PCB基板材料，金属基PCB的热特性、结构类型和介质材料，覆铜板用厚铜箔产品的规格和性能，不同叠层结构PCB的热特性，导热层厚度对PCB热特性的影响，金属基微波板制作的关键技术，高频混压多层板的热特性，PCB埋铜的散热方式，不同环境下PCB的热特性，以及高密度互联（HDI）PCB的热特性。第4章是PCB散热通孔（过孔）设计，介绍了过孔模型、PCB散热通孔的热导率、BGA封装的散热通孔设计、密集散热通孔的热性能。第5章是PCB热设计示例，介绍了PCB热设计的基本原则、PCB布局热设计示例、电源PCB热设计示例、LED PCB热设计示例。第6章是PCB用散热器，介绍了散热器的选用原则、散热器的热特性、热界面材料的热特性、FPGA器件的散热管理，以及TCFCBGA器件、数字信号处理器和高频开关电源的散热处理。
需要说明的是，由于本书重点介绍PCB热设计技术，业内大量数据需要采用英制长度单位，所以这里先给出主要的转换公式：1in（英寸）=25.4mm（毫米），1mil（千分之一英寸）= 0.0254mm。本书的部分数据有时直接用英制单位标注。
本书在编写过程中，参考了大量的国内外著作和文献资料，引用了一些国内外著作和文献资料中的经典结论，参考并引用了Texas Instruments、Analog Devices、Maxim、Microchip Technology、Linear Technology、Infineon、Altera、Xilinx、Cree、Ohmite等公司提供的技术资料和应用笔记，得到了许多专家和学者的大力支持，听取了多方面的意见和建议。南华大学黄国玉、李月华等人为本书的编写也做了大量的工作，在此一并表示衷心的感谢。同时感谢2015年湖南省普通高校教学改革研究项目—“面向‘工业4.0’的电子信息类卓越工程师创新型人才培养模式的研究与实践”（编号：235）课题组对本书编写所做的大量工作和支持。
由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请各位读者批评指正。
黄智伟 于南华大学
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