在現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，就熱特性設(shè)計(jì)而言，除電路設(shè)計(jì)、器件特性和系統(tǒng)的散熱方式外，電路板的特性同樣有著相當(dāng)重要的影響。首先電路板作為其他所有器件的載體，整個(gè)電路組件的熱特性將集中反映在上面，電路板的熱可靠性就顯得非常關(guān)鍵；電路板上的印制導(dǎo)線起著器件之間的互連作用，隨著功率器件的性能提升，電路板所承受的電流從毫安級(jí)發(fā)展到安培級(jí)，尤其是大功率電源厚銅板，傳輸電流達(dá)到幾十安培，這時(shí)導(dǎo)線的發(fā)熱以不容忽視；大功率電源厚銅板的導(dǎo)線除了互連作用以外，還有具有功能特征的平面繞組，不僅負(fù)載電流大，而且集中布設(shè)在多層板的各層對(duì)應(yīng)位置，發(fā)熱相當(dāng)集中，如何減少發(fā)熱和導(dǎo)熱問(wèn)題是提高電路效率和可靠性的關(guān)鍵。

     導(dǎo)熱和電氣絕緣從理論上講是一組對(duì)立的問(wèn)題，但在電源模塊中個(gè)別需要承受很高的電壓，局部可高達(dá)幾百伏甚至上一千伏，既要保證電氣絕緣良好，又要使其具有良好的導(dǎo)熱性，在模塊電源印制板設(shè)計(jì)和加工時(shí)是一個(gè)值得注意的問(wèn)題。

以上等等這些都要求印制板專業(yè)人員對(duì)印制板的發(fā)熱、導(dǎo)熱、散熱和不同條件下印制板的可靠性有一清醒的認(rèn)識(shí)，從而為設(shè)計(jì)人員提供準(zhǔn)確的依據(jù)并且用適宜的材料和工藝來(lái)保證產(chǎn)品的可靠性。為此特設(shè)立本課題,就印制板的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、導(dǎo)線的載流量、發(fā)熱情況、不同介質(zhì)的導(dǎo)熱特性和耐熱特性進(jìn)行研究。

 試驗(yàn)內(nèi)容：

本試驗(yàn)項(xiàng)目將安排以下幾方面試驗(yàn)

1. 不同結(jié)構(gòu)中，不同厚度銅層，不同線寬的載流量試驗(yàn)，并確定其溫升。

2. 導(dǎo)熱絕緣介質(zhì)相對(duì)于普通材料對(duì)產(chǎn)品局部溫升的影響。

3. 高Tg材料在大功率電源厚銅板中應(yīng)用的耐熱特征。

試驗(yàn)步驟

1．按下表制作不同結(jié)構(gòu)、不同銅厚、不同線寬的測(cè)試樣品     

注：試樣中包含有8mil  12mil  20mil  40mil  100mil六種線寬

2．對(duì)以上試片進(jìn)行載流測(cè)試，確定各種條件下造成印導(dǎo)線局部溫升達(dá)到 60℃情況下的載流量。

3．用從普通試樣上試驗(yàn)測(cè)得的60℃溫升時(shí)的載流量，來(lái)試驗(yàn)用導(dǎo)熱材料填充的多層試樣，測(cè)量其對(duì)應(yīng)的溫升。

4．對(duì)高Tg材料、普通FR4材料和導(dǎo)熱填充材料制作的試樣中的20mil線路進(jìn)行極限載流試驗(yàn)（基材輕微變色或出現(xiàn)分層、其泡），試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間30分鐘，并測(cè)量其絕緣值的變化。

5．制作一對(duì)多層試樣，其中一組按常規(guī)布線設(shè)計(jì)，另一組采取增加導(dǎo)熱孔和盡可能增大內(nèi)層銅箔填充，比較其極限電流的承載情況。

試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)需使用以下試驗(yàn)設(shè)備

1. 100A/12V直流電源

2. 數(shù)字溫度計(jì)（帶點(diǎn)狀探頭，測(cè)試精度±1℃）

3. 絕緣電阻測(cè)試儀

試驗(yàn)材料

試驗(yàn)使用以下材料

1． 通FR4覆銅板和半固化片

2． 高Tg FR4覆銅板和半固化片

3． 內(nèi)層散熱填充材料（進(jìn)口）

 檢測(cè)方式

在試驗(yàn)過(guò)程中，必須對(duì)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行相同方式的隔離，防止其他形式的熱對(duì)流、傳導(dǎo)而影響測(cè)試果，所有目視檢查應(yīng)在5倍放大鏡下進(jìn)行。

得出的結(jié)論

通過(guò)本項(xiàng)目的試驗(yàn)，應(yīng)取得以下結(jié)論

1. 不同厚度銅層、不同寬度導(dǎo)線在不同結(jié)構(gòu)中的載流量。

2. 導(dǎo)熱材料對(duì)降低溫升的貢獻(xiàn)率。

3. 普通FR4、高Tg FR4、內(nèi)層到熱填充材料的耐熱特性。

4. 多層板導(dǎo)熱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)提高使用電流的作用。

 試驗(yàn)報(bào)告                                                  

     一、試樣準(zhǔn)備過(guò)程

    1. 內(nèi)層材料準(zhǔn)備

l 本試驗(yàn)分別使用以下四種內(nèi)層材料：

l 普通FR4 O.4 1oz; 0.3 2oz; 0.3 3oz

l 高Tg FR4 0.3 3oz

l 內(nèi)層尺寸12″*14″

     2. 內(nèi)層/外層圖形包含有的線路寬度是0.2mm, 0.3mm, 0.5mm, 1.0mm, 2.5mm; 并用1.0mm線寬繪成平面繞組，對(duì)應(yīng)置于各層線路。

     3. 試樣圖形中，部分區(qū)域?qū)Ь€四周布滿銅箔，銅箔區(qū)域等距鉆孔用于層間導(dǎo)熱。

     4. 按多層板制作工藝制作樣品，各樣品盡量保證介質(zhì)厚度接近。

     5. 用兩塊3OZ銅的內(nèi)層板，在層壓時(shí)減少半固化片用量，改用導(dǎo)熱粉末材料填充。

    表1 測(cè)試用的所有試樣

二、載流試驗(yàn)

   內(nèi)/外層導(dǎo)線的載流試驗(yàn)

   用1#試樣分別對(duì)內(nèi)層和外層的各種線路通直流電，逐步加大電流，直至線路溫升為60℃（穩(wěn)定10分鐘），記錄電流值。測(cè)試內(nèi)層溫升時(shí)將測(cè)試點(diǎn)局部外層破壞，便于測(cè)量。測(cè)試數(shù)據(jù)如表2。

  表2 溫升為60℃時(shí)線路的載流量(安培)

   1，用同樣的方法測(cè)量導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的線路溫升為60℃時(shí)的載流量

   表3 導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)線路溫升為60℃時(shí)線路的載流量(安培)

2.分別測(cè)試平面繞組內(nèi)外層單獨(dú)通電和同時(shí)通電時(shí)的載流量，記錄溫升為60℃況下的電流值。

表4 平面繞組溫升為60℃時(shí)線路的載流量(安培)

1，測(cè)試各種銅層厚度和不同材料中0.5mm線寬導(dǎo)線的極限載流量。（基材輕微變色或出現(xiàn)分層、氣泡），試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間30分鐘，并測(cè)量其絕緣值的變化。

表5 不同銅層厚度、不同結(jié)構(gòu)、不同材料中線路的載流量(安培)

三、試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)需使用以下試驗(yàn)設(shè)備

100A/12V直流電源

1. 數(shù)字溫度計(jì)（帶點(diǎn)狀探頭，測(cè)試精度±1℃）

2. 絕緣電阻測(cè)試儀

四、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)本項(xiàng)目的試驗(yàn)，對(duì)以上得到的數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論

1. 各種厚度銅層、各種寬度導(dǎo)線在不同結(jié)構(gòu)中的載流量已經(jīng)明確。

2. 導(dǎo)熱填充材料對(duì)降低內(nèi)層溫升的貢獻(xiàn)率可達(dá)16%左右。

3. 在導(dǎo)線周圍布滿導(dǎo)熱銅箔和導(dǎo)熱孔可比孤立導(dǎo)線載流量提升40%

4. 繞組方式的布線會(huì)比單獨(dú)線路載流下降45%

5. 對(duì)應(yīng)位置的內(nèi)層和外層導(dǎo)線（或繞組）同時(shí)通電時(shí)載流量會(huì)比單層線路通電下降48%

6. 相對(duì)于同樣線寬的導(dǎo)線，其極限使用電流（破壞值）高Tg FR4材料比普通FR4材料可高約10%；內(nèi)層填充導(dǎo)熱材料比普通FR4材料可高約14%。

以上試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)對(duì)確定大功率電源厚銅板的設(shè)計(jì)方案很有幫助，這樣設(shè)計(jì)多大大提示電路的效率和可靠性，可推薦給相關(guān)客戶使用。