解决一种卡类终端的PCB热设计方法

目前已经可以见到很多常规的 PCB 布局方法，比如说：热点分散；发热器件的位置要合理；高热耗散器件在与基板连接时应尽能减少它们之间的热阻；在每一层要多打孔。对 PCB 的热设计也由此显得很重要，因为塔决定着 PCB 布局的好坏。本文介绍了一种根据热源器件的功耗分析进行 PCB 热设计的方法，该方法简单实用，在多个项目中都得到了使用，其效果良好。这种方法进行 PCB 的热设计分如下 4 步进行。 第一步：估算发热器件的功耗。

第二步：根据发热器件的功耗计算发热器件周围多大范围内不能有其它发热器件。 第三步：根据发热器件的功耗计算发热器件的实际工作结温以及相对环境的温升有多大。 第四步：根据第二步和第三步的数据进行 PCB 的热设计。 市场上卡类终端的功耗现状和面临的挑战随着 LTE 无线网络的部署，下行的数据速率已经达到并超过了 1Gbps，要处理这么高的数据速率，数据终端必需要很高的数据处理能力，同时必然带来功耗的增加。

而我们正在研发的几款产品均出现了热的问题，有几款样机在大速率数据传输时甚至在几分钟内就出现系统崩溃的现象，而这些问题的根源就是发热，热设计已经成为了卡类终端的一个挑战。苹果公司 iPAD 产品的一个实例，大量用户反馈其产品在较高环境下出现问题，这从侧面反映了热设计对于终端产品的重要性。功耗热已经成为了工程师在产品设计的初期需要认真考虑的一个关键问题。 终端平台的热源器件主要有基带芯片、射频芯片、功放、电源管理芯片等，这些器件的功耗有的可以从厂商给的 datasheet 中查到，有的查不到，对于从 datasheet 中查不到功耗数据的热源器件，需要根据经验或同类项目的测试数据进行估算，还可以直接向平台提供商索取相关数据。

表 1 为某项目主要热功耗器件的功耗评估结果。 从表 1 的数据中我们可以看到一款数据卡的功耗已经接近了 4W，要想在 U 盘大小的结构件内耗散这么大的热量，PCB 的热设计可以说已经成了产品能否可靠工作的一个至关重要的设计考量。 从表 1 的数据中我们可以看到一款数据卡的功耗已经接近了 4W，要想在 U 盘大小的结构件内耗散这么大的热量，PCB 的热设计可以说已经成了产品能否可靠工作的一个至关重要的设计考量。

卡类终端产品的一种热布局算法自然对流冷却的热流密度经验值是 0.8mW/mm2，即当每平方毫米的面积上分布的功率是 0.8mW 时，可以产生很好的自然对流冷却效果。热源器件的热距离的计算是基于此经验值进行的。计算方法如下： 设某芯片的长是 L（mm），宽是 W（mm），该器件的功耗是 Pd（mW）。