一文了解 PCB 的有效导热系数
本文要点：
pcb 有效导热系数的定义。
影响 pcb 有效导热系数的关键因素。
了解热模型中有效导热系数的准确度。
1. 什么是 pcb 有效导热系数？
“有效导热系数”代表材料的传导热能力。当我们谈及 pcb 的有效导热系数时，我们谈论的是 pcb 将器件产生的热量转移到周围区域的能力。有效导热系数用 keff 表示，单位是 w/m-k。
在 pcb 设计中，有效导热系数是热建模和分析中使用的一个重要参数，有助于工程师根据特定的假设和模型，预测一块摆满器件的 pcb 的导热效果。随着电子模块的尺寸不断缩小，设计人员应该关注有效导热系数。
pcb 有效导热系数反映了 pcb 的传热能力。
2. 影响 pcb 有效导热系数的因素
一块 pcb 包含导电材料、绝缘体和安装的器件。pcb 中使用的每种材料都有不同的热导率。在推导 pcb 的有效导热系数时，要考虑到不同的热导率。
业界已经进行了各种研究来分析 pcb 的导热系数。不同的研究使用了不同类型的模型和假设。对于设计人员来说，pcb 的有效导热系数取决于以下几项因素。
器件尺寸
随着器件变得越来越小，自然散热的能力也不断下降。例如，与采用 to-220 封装的 mosfet 相比，采用 sot-23 封装的 mosfet 的导热垫片面积会更小。因此，安装在 pcb 上的器件的尺寸将影响其散热能力。
热过孔
热过孔是一些有意放置的孔，用于将热量从器件上散发出去。这类似于让热蒸汽有更多机会从粥里散发出去，而不是把它困在容器里。因此，一个区域内的热过孔越多，pcb 的有效导热系数就越高。
散热过孔密度会影响 pcb 的有效导热系数
散热过孔密度会影响 pcb 的有效导热系数。
内部层
内部铜层的存在也会改变散热的速度和方向。铜的导热系数为 355 w/m-k，而 fr-4 为 0.25 m-k。如果有多个铜内层，pcb 的有效导热系数就会下降。当然，热过孔有助于更有效地将热量传递到内层。
走线的几何形状
如果铜走线从头到尾是连贯的，那么 pcb 的有效导热系数就会很高。但是，如果走线中断，有效导热系数可能会下降，而这种情况在实际的 pcb 中时有发生。
3. 有效导热系数是否有利于进行准确的 pcb 热建模？
有效导热系数易于计算，因此是分析时的首选。该参数通常是基于同构的 pcb 模型。然而，pcb 很少是同构的，尤其是多层 pcb。每层的器件排列、走线、铜面、过孔和焊盘都可能不一样。
因此，从传统模型中推导有效导热系数会有一定的误差。为了更准确地估计有效导热系数，需要对 pcb 的每一层进行深入分析。然后对表面进行像素化分析，以便更好地进行预测。
pcb 有效导热系数的准确度取决于建模，而无论采用何种技术，建模的准确度都取决于使用的软件工具。
cadence celsius thermal solver 结合 fea 与 cfd，能实现精确的电热协同仿真和热分析，并与用于 pcb/ic 封装的 sigrity 技术相集成，如备受大家熟知青睐的 sigrity powerdc 进化为 celsius powerdc，助力设计团队获取更准确的电热仿真结果。
本文转载自： cadence楷登pcb及封装资源中心微信公众号
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“有效导热系数”代表材料的传导热能力。当我们谈及 pcb 的有效导热系数时，我们谈论的是 pcb 将器件产生的热量转移到周围区域的能力。有效导热系数用 keff 表示，单位是 w/m-k。
在 pcb 设计中，有效导热系数是热建模和分析中使用的一个重要参数，有助于工程师根据特定的假设和模型，预测一块摆满器件的 pcb 的导热效果。随着电子模块的尺寸不断缩小，设计人员应该关注有效导热系数。
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2. 影响 pcb 有效导热系数的因素
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业界已经进行了各种研究来分析 pcb 的导热系数。不同的研究使用了不同类型的模型和假设。对于设计人员来说，pcb 的有效导热系数取决于以下几项因素。
器件尺寸
随着器件变得越来越小，自然散热的能力也不断下降。例如，与采用 to-220 封装的 mosfet 相比，采用 sot-23 封装的 mosfet 的导热垫片面积会更小。因此，安装在 pcb 上的器件的尺寸将影响其散热能力。
热过孔
热过孔是一些有意放置的孔，用于将热量从器件上散发出去。这类似于让热蒸汽有更多机会从粥里散发出去，而不是把它困在容器里。因此，一个区域内的热过孔越多，pcb 的有效导热系数就越高。
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内部层
内部铜层的存在也会改变散热的速度和方向。铜的导热系数为 355 w/m-k，而 fr-4 为 0.25 m-k。如果有多个铜内层，pcb 的有效导热系数就会下降。当然，热过孔有助于更有效地将热量传递到内层。
走线的几何形状
如果铜走线从头到尾是连贯的，那么 pcb 的有效导热系数就会很高。但是，如果走线中断，有效导热系数可能会下降，而这种情况在实际的 pcb 中时有发生。
3. 有效导热系数是否有利于进行准确的 pcb 热建模？
有效导热系数易于计算，因此是分析时的首选。该参数通常是基于同构的 pcb 模型。然而，pcb 很少是同构的，尤其是多层 pcb。每层的器件排列、走线、铜面、过孔和焊盘都可能不一样。
因此，从传统模型中推导有效导热系数会有一定的误差。为了更准确地估计有效导热系数，需要对 pcb 的每一层进行深入分析。然后对表面进行像素化分析，以便更好地进行预测。
pcb 有效导热系数的准确度取决于建模，而无论采用何种技术，建模的准确度都取决于使用的软件工具。
cadence celsius thermal solver 结合 fea 与 cfd，能实现精确的电热协同仿真和热分析，并与用于 pcb/ic 封装的 sigrity 技术相集成，如备受大家熟知青睐的 sigrity powerdc 进化为 celsius powerdc，助力设计团队获取更准确的电热仿真结果。
本文转载自： cadence楷登pcb及封装资源中心微信公众号
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