摘要：在电源电路的线路板设计中，热设计与 PCB 设计同等重要。设计完成后若出现热相关问题，整改往往耗时费力且成本高昂。因此，从线路板设计的初始阶段就做好热设计准备极为必要。本文将为您详细阐述线路板设计时降低热阻的关键要点，助力您打造高性能的线路板。

在电源电路的线路板设计中，热设计与 PCB 设计同等重要。设计完成后若出现热相关问题，整改往往耗时费力且成本高昂。因此，从线路板设计的初始阶段就做好热设计准备极为必要。本文将为您详细阐述线路板设计时降低热阻的关键要点，助力您打造高性能的线路板。

一、铜箔面积对热阻的影响

在单层线路板设计中，铜箔面积与热阻紧密相关。从热阻曲线可知，随着散热铜箔面积增大，热阻值降低，但当铜箔面积达到一定程度后，即便继续增大，散热效果提升也不再显著。通过等高线图能发现，离热源越远，相同温度区域扩大，散热效果逐渐变差。

多层板也呈现类似规律。以 2 层板和 4 层板对比，4 层板因热源到最近散热铜箔的过孔距离更短，热阻更低，6 层板和 8 层板同理。并且，靠近热源层的铜箔面积对散热起关键作用，离热源远的层，即便铜箔面积大，散热效果也不明显。所以，优先增加靠近热源层的铜箔面积，能有效降低热阻 。捷配 PCB 在处理线路板铜箔面积布局时，经验丰富，能精准把控以实现良好散热。

二、板厚对热阻的影响

对于 1 层板，由于横向热传导占主导，板子越厚，横向热阻抗越低，热阻也就越低。当增大顶层铜箔面积时，板厚对热阻的影响比率会减小。

在 2 层板中，铜箔面积小时，类似单层板，板厚增加热阻降低；而铜箔面积大时，纵向热传导占优，板厚越薄热阻越低。这一界限会随线路板的具体条件而变化。

三、层数对热阻的影响

随着线路板层数增加，热阻逐渐降低。这是因为可导热的铜箔面积增多，且热源到最近内层铜箔平面的距离更近。从 EMI 角度考虑，将低电阻的铜箔层（地或电源）与所有布线层相邻放置，在热设计中同样有效，能让顶层热源高效地向内层平面进行热传导。但要注意，若顶层热源未通过过孔与内层连接，即便底层有大面积铜箔，也并非最佳热传导方案。

四、铜箔厚度对热阻的影响

铜箔厚度越厚，热阻越低。不同层数的线路板，因铜箔面积等构成不同，铜箔厚度变化对热阻的影响比率也不同。例如，1 层板铜箔面积仅在焊盘部分时，铜箔厚度影响较小；而扩大铜箔面积后，其对热阻的影响比率增大。2 层板热传导主要依赖底层铜箔，铜箔厚度影响比率大；4 层板热量多向中间层传输，底层铜箔厚度影响比率相对较小 。

五、散热过孔对热阻的影响

散热过孔方面，过孔数量越多，热阻越低，且即便只有一个过孔，散热效果也较明显。不过，过孔离热源越远，散热效果越差，所以应尽量将过孔放置在热源正下方。但在裸露焊盘正下方放置过孔，可能在回流焊时吸走焊料、降低融合率，可通过设计避开过孔的漏字板或在周围布置过孔来解决。另外，孔径越大热阻越低，但孔径超 0.3mm 时，回流焊中焊锡吸入问题可能性增加，需格外留意 。

六、热源位置对热阻的影响

热源位置不同，热阻也有差异。将热源配置在基板中央，向全方向热传导，热阻最低；在基板边缘配置，能热传导的体积减少，热阻升高；若主要热传导目的地的铜箔表面被狭缝分割，虽铜箔面积减少，但因有其他散热路径，热阻上升幅度比在边缘时小。实际线路板中元件众多，以热源为中心，尽可能确保 360° 均等的铜箔面积布局至关重要。

七、多热源情况下的热设计考量

当多个热源接近时，各器件会受到热干扰，导致周围温度上升，热源间距离越短，影响越大。因此，在设计时必须考虑所有热源同时工作的热干扰现象。而分散热源（功率损耗）能有效降低单个器件的温度，对 IC 封装及电阻器等被动元件均适用。

八、耐高温被动元件的热设计要点

对于电解电容器这类耐高温被动元件，温度过高会缩短寿命。其从热源接受热量的路径有热传导、对流、热辐射三种。为降低其温度，可通过换气降低箱体内温度（对流），远离热源或用遮热板防热（热辐射），以及远离热源或减小铜布线宽度（热传导）。在布局时，需综合考虑热源器件与耐高温器件的位置关系，避免仅关注电气特性而引发热问题 。

九、铜布线温度上升的应对策略

在大电流流过的铜箔布线中，必须根据所需电流容量和最大允许导体温度上升，确定导体的最小宽度和厚度。忽视这一点，会导致线路板因温度上升而劣化，还会使周围温度升高。相关数值可参考《IPC2221A, Generic Standard on Printed Board Design》中的近似公式和图表 。

线路板设计中的热设计涉及众多关键因素，从铜箔面积、板厚到热源位置等，每个要素都对热阻有重要影响。捷配 PCB 在热设计领域技术精湛，能综合考量这些要点，为您打造热性能卓越的线路板，满足您的各类需求。

来源：思聪教育