IPC-7095D-CHINESE NP 2019 - 第98页

IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 82 6.7 散热管理 散热管理的主要目的是为确保所有电路元器件特别是 BGA ，维持其功能正常并处于最大可允 许极限之内。功能温度极限规定了允许电子电路正常运行的环境温度或元器件封装温度的范围。 必须了解印制板组件要采用的冷却技术以确保印制板组件的合理设计。对于商业用途，通常使用直接风冷系统 （即冷却空气与印组件接触） 。 对于使用环境较为恶劣的情况，需要使用其它冷却系统来对…

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图 6-39　板拼联
A– 拼板工具孔（3 处）
B– 单板工具孔（每块板 3 处）
C– 基准
X.XX
X.XX
X.XXX
X.XXX
X.XXX
X.XX
X.XXX
C
C
X.XXX
X.XX
A
B
IPC-7095d-6-39-cn
图 6-40 展示了焊球焊接完成之后，常用来评估印制板组件清洁度的其它附连板。这些用于组件的梳形电路是
为了确认助焊剂或助焊剂残留不会损害产品的电气性能。
图 6-40　梳形电路示例
IPC-7095d-6-40-cn
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6.7　散热管理　
散热管理的主要目的是为确保所有电路元器件特别是 BGA，维持其功能正常并处于最大可允
许极限之内。功能温度极限规定了允许电子电路正常运行的环境温度或元器件封装温度的范围。
必须了解印制板组件要采用的冷却技术以确保印制板组件的合理设计。对于商业用途，通常使用直接风冷系统
（即冷却空气与印组件接触）。
对于使用环境较为恶劣的情况，需要使用其它冷却系统来对印制板组件进行冷却。对于此应用，安装组件至由
空气或液体冷却的结构中，元器件会借助热交换表面通过热传导实现冷却。这些设计必须要在组件上使用合适
的金属散热片。正确的元器件安装和粘合也是需要的。为了确保设计完善，需要提供热消散图以帮助分析和为
组件进行热设计。
电子设备内部的散热有三种基本热传递方式的交互作用：
1）热传导
2）热对流
3）热辐射
这些热传递方式会且通常会同时作用。因此，任何散热管理方法应该尝试让它们之间的自然交互作用达到最大
化。
6.7.1　传导
　所有材料或多或少都会发生传导。通过材料传导的热量与材料的热导率 K、传导路径的横截面积
和材料间的温差成正比。热传导与路径长度和材料厚度成反比（见表 6-9）
表 6-9　材料类型对传导的影响
材料
热导率 （
K）
瓦特 / 英寸
°C 瓦特 / 米 °C 克 - 卡路里 / 厘米 °C • s
静止空气 0.0007 0.0276 0.000066
环氧树脂 0.005 0.20 0.00047
导热环氧树脂 0.02 0.787 0.0019
铝合金 1
100 5.63 222 0.530
铝合金 3003 4.88 192 0.459
铝合金 5052 3.52 139 0.331
铝合金 6061 4.36 172 0.410
铝合金 6063 4.88 192 0.459
铜 4.93 194 0.464
钢（低碳） 1.19 46.9 0.112
6.7.2　辐射　
热辐射是通过电磁辐射进行的热传递，主要是红外线波长。它是物体在真空隔离环境进行热传递
的唯一方法，如宇宙环境。
由辐射进行的热传递是热源物体表面辐射系数、其有效表面积和物体间绝对温度四次方之差的函数。
辐射系数是指由材料向外辐射的能量与在相同温度下由辐射系数为 1 的黑体向外所辐射能量的比值。物体的光
学颜色与其是“热黑体”关系不大。无论是黑色、红色还是蓝色，阳极处理铝板的辐射系数不会发生改变。表
面处理是很重要的。无光泽或暗淡表面会比明亮或有光泽表面更易进行热辐射（见表 6-10）。
相互靠近的器件、元器件等彼此会吸收辐射能量。如果热辐射是热传递的主要方式，元器件相互之间的“热”
点必须要隔开。
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表 6-10　特定材料辐射系数额定值
材料和处理 辐射系数
铝板 - 抛光 0.040
铝板 - 粗糙 0.055
阳极电镀铝 - 任何颜色 0.80
黄铜 - 商用 0.04
铜 - 商用 0.03
铜 - 机加工 0.072
钢 - 冷轧板 0.55
钢 - 氧化 0.667
镀镍板 - 亚光处理 0.11
银 0.022
锡 0.043
油漆 - 任何颜色 0.92 至 0.96
涂料 - 任何颜色 0.80 至 0.95
6.7.3　对流　
对流的热传递模式最为复杂。它涉及到流体的分子运动，通常为空气。
由物体至流体对流引起的热流动速率是下列因素的函数
• 物体表面积
• 温差
• 流体速度
• 流体特定性质
任何流体和较热表面接触会减小流体密度并导致其上升，由这种现象引发的循环被称为“自由”或“自然”对
流。空气流动可以通过这种方式或某些外在的人工设备引发（如风扇或鼓风机）。强制对流所进行的热传递可
比自发对流的效率高十倍。
6.7.4　散热界面材料　
BGA 安装散热片是冷却封装在 BGA 内部的硅芯片器件的最常见技术。这些散热片所需
要的散热界面材料安放于散热片和 BGA 之间，以使热量能从封装上表面传导至散热片底表面。
选择散热界面材料时，需要注意 BGA 和散热片的表面平面度。再流焊过程中的 BGA 翘曲和散热片接触表面
的大公差会导致界面材料可靠填充困难的较大间隙，从而会导致导热性能变差和／或散热片连接变弱。
散热界面材料（TIM）的种类繁多，如 6.7.4.1 至 6.7.4.5 所述。
6.7.4.1　粘合剂
　金属填充环氧树脂和硅胶粘合剂最早被广泛用作 TIM。因为当它们固化后会完全交叉连接而
实现高强度粘结，它们起着 TIM 界面材料和机械连接材料的双重作用。因此与其它 TIM 不同，当使用粘合剂
时补充机械连接并无必要。
粘合剂的缺点包括 :
• BGA 焊接到印制板之后必须要热固化
• 散热片和封装之间可能存在的 CTE 不匹配而导致的粘合界面严重分层
粘合剂的另一个子类为压敏粘合剂（PSA）,PSA 不需要通过固化来产生连接界面，但需要施加一定的压力，
通常范围为 20 psi 至 30psi。它们在 BGA 中的应用受到了限制，因为压力如果控制不当，可能反过来会影响到
BGA 的焊点。