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技術(shù)專題
PCB設(shè)計中FR4的散熱
在PCB設(shè)計中，對PCB的溫度要管理要求很高。本文介紹PCB設(shè)計中FR4（環(huán)氧玻璃布層壓板）的散熱問題。
FR4 PCB的最高溫度是多少？
如你所知，FR4表示PCB的阻燃F4屬性的等級。FR4 PCB由多層玻璃纖維環(huán)氧層壓材料制成。由于FR4 PCB的物理特性一致，因此在制造商中是首先選擇。
FR4 PCB暴露在高溫下非常堅固，但在一定溫度下，其物理性能會發(fā)生變化。FR4的耐熱特性由Tg或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度表示，在該溫度下它從固態(tài)變?yōu)槿彳浐拖鹉z態(tài)。通常，FR4 PCB的額定Tg為130°C。
換句話說，如果將額定溫度為130°C的PCB加熱到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，它將失去其固態(tài)形式。不僅你的機械結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，而且超過額定Tg時PCB的電性能也會下降。這就是為什么在為石油和天然氣以及汽車等溫度超過典型Tg值的應(yīng)用設(shè)計PCB時，必須考慮fr4溫度的重要性。
中高TG-PCB：超出典型的FR4溫度
如果應(yīng)用程序要求Tg值更高的PCB，則需要選擇中或高Tg的PCB。中Tg PCB通常溫度超過150°C，而高Tg PCB額定溫度超過170°C。Tg值較高的PCB還具有更好的耐濕性和耐化學(xué)性，以及在熱條件下更堅固的物理結(jié)構(gòu)。
除非另有說明，否則制造商將使用低Tg的PCB進行制造。中高Tg的PCB通常較為昂貴。S1141和S1002-M等材料通常用于生產(chǎn)高Tg PCB。由于較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，高Tg PCB的層壓涉及大量熱量。從價格上看，高TG的PCB價格更高。 一些應(yīng)用需要高Tg PCB。
PCB設(shè)計高溫度下FR4時的重要注意事項
一個常見的錯誤是將PCB的工作溫度作為其tG值的基礎(chǔ)。選擇正確的FR4 PCB時，你應(yīng)始終分配至少20°C的余量。例如，較低的Tg FR4為130°C，應(yīng)具有110°C的工作溫度極限。
作為PCB設(shè)計師，你需要了解設(shè)計中的熱調(diào)節(jié)技術(shù)。功率調(diào)節(jié)模塊會發(fā)熱，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)纳峒夹g(shù)。采用散熱片或散熱通孔有助于防止熱點過熱，從而使PCB的溫度超出其極限。
Tg額定值和PCB的工作溫度并不是決定其在高溫環(huán)境下功能的因素。在PCB設(shè)計中還必須考慮單個組件的工作溫度限制。散熱器有助于調(diào)節(jié)散熱。
例如，軍事級，汽車級和擴展級溫度組件比商業(yè)級或消費級組件具有更寬的溫度容限。盡管具有較高溫度承受能力的組件價格昂貴，但它們對于確保PCB電路在現(xiàn)場的可靠性至關(guān)重要。
對于微控制器，應(yīng)注意降低系統(tǒng)時鐘通常會增加其工作溫度極限。
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