电源系统工作时,功率器件(如 MOS 管、整流桥、电感)会产生大量热量,这些热量若不能通过 PCB 有效传导出去,会导致 PCB 局部温度升高 —— 当温度超过 85℃时,PCB 基材的绝缘性能会显著下降,铜箔的电阻率会增大(每升高 1℃,电阻率增加 0.4%),进而导致电源转换效率降低(通常温度每升高 10℃,效率下降 2%-3%);长期高温还会加速 PCB 老化,使基材变脆、焊点氧化,将电源的使用寿命从 5 年缩短至 1-2 年。无论是 LED 驱动电源、服务器电源,还是新能源汽车的车载电源,散热难题都已成为制约电源性能升级的关键瓶颈,而电源 PCB 的散热设计,正是破解这一困局的核心突破口。
铜箔面积与布局优化是电源 PCB 散热设计的基础手段。铜箔作为电源 PCB 的主要导热载体,其面积大小直接影响散热效率 —— 相同厚度的铜箔,面积越大,导热路径越宽,散热速度越快。因此,工程师在设计电源 PCB 时,应尽量将功率器件的散热 pad 与大面积铜箔连接,例如将 MOS 管的源极、漏极焊盘与 PCB 的 “铜皮孤岛”(面积≥10cm²)相连,利用铜皮的大面积散热特性,将器件产生的热量快速传导至 PCB 边缘;同时,铜箔的布局需避免 “散热死角”,即不允许功率器件集中布局在 PCB 中心区域,而应分散布置在 PCB 边缘,缩短热量从器件到 PCB 外部的传导路径。某 LED 驱动电源厂商曾将 3 颗 MOS 管集中布局在 PCB 中心,测试时中心温度高达 110℃,导致电源效率仅 88%;调整为分散布局并连接大面积铜箔后,温度降至 75℃,效率提升至 92%,印证了布局优化的显著效果。
导热基材的选择是提升电源 PCB 散热能力的关键创新方向。传统 FR-4 基材的导热系数仅 0.2W/m・K-0.3W/m・K,散热能力有限,无法满足高功率电源(如 1000W 以上服务器电源)的需求。对此,行业逐渐推广铝基板、铜基板、金属基复合基板等导热基材:铝基板的导热系数可达 1.0W/m・K-2.0W/m・K,成本低于铜基板,适合中功率电源(如 200W-500W LED 电源);铜基板的导热系数高达 30W/m・K-40W/m・K,散热能力是 FR-4 的 100 倍以上,适用于超高功率电源(如 2000W 新能源充电桩电源);而金属基复合基板(如铝芯 + FR-4 复合结构),则兼顾了导热性与绝缘性,能在满足安全标准的同时提升散热效率。某充电桩企业为 2000W 快充模块设计 PCB 时,初期使用 FR-4 基材,模块温度高达 120℃,频繁触发过热保护;更换为铜基板后,温度降至 80℃,保护次数从每日 10 次降至 0 次,彻底解决了散热难题。
散热孔与散热结构设计能进一步强化电源 PCB 的散热效果。在电源 PCB 的发热密集区域(如功率器件下方),开设散热孔(孔径 0.8mm-1.2mm),可利用空气对流将热量排出,若配合散热风扇使用,散热效率可提升 30% 以上;对于密封式电源(如车载 DC-DC 转换器),可在 PCB 上设计 “散热柱” 结构 —— 通过在 PCB 表面焊接铜制散热柱,将热量传导至电源外壳,再通过外壳与外界环境换热。此外,阻焊油墨的选择也会影响散热:普通阻焊油墨的导热系数约 0.1W/m・K,而高导热阻焊油墨(添加陶瓷颗粒)的导热系数可达 0.8W/m・K,能减少热量在 PCB 表面的堆积,尤其适合无风扇的密闭电源环境。
电源 PCB 的散热设计是一项系统工程,需要工程师从材质、布局、结构多维度综合优化,而加工环节的工艺精度则直接决定了设计方案的落地效果。捷配在电源 PCB 散热加工领域积累了丰富经验,可提供铝基板、铜基板等导热基材的精准加工,支持散热孔的密集钻孔(最小孔径 0.15mm)与高导热阻焊油墨涂覆,还能根据客户需求优化铜箔布局,确保电源 PCB 的散热性能完全匹配设计预期,为电源系统的高效、稳定运行提供有力支撑。