使用散熱器會帶哪些坑

對于單板而言，熱量傳遞有導熱，對流換熱以及輻射換熱三種方式，在終端設備散熱過程中，這三種方式都有發(fā)生。對于芯片而言，主要有以下三個途徑：

1.die熱量通過封裝材料傳導到器件表面后對流散熱，低導熱的封裝材料影響傳熱，當然我們有時候也會根據設計需要增加散熱器；

2.die熱量通過pad，封裝材料和器件底面與PWB之間的空氣層后，傳遞到PWB散熱；

3.die熱量通過lead Frame和die之間是極細的鍵合線，因此die和Lead frame之間存在很大的導熱熱阻，這會限制管腳散熱。

隨著芯片越做越小，對散熱的要求也越來越高，方式1和方式2變得越來越通用，而通過方式1往往需要散熱器的配合使用。

我們在前面的文章中也提到過，共模干擾分為電流驅動型，電壓驅動型和電磁耦合型。而散熱器不接地屬于共模干擾的電壓驅動型。通常在使用散熱器時，需要將散熱器接地，這樣可以大大減少EMI問題，因為大地為共模干擾提供了低阻抗路徑，當然了，地的阻抗要低。不然會引起地彈現(xiàn)象，引發(fā)新的干擾問題。

根據散熱器的長寬高比例不同，當散熱器的高度達到電磁輻射波長的1/4長度時，會形成單極子天線。隨著器件開關頻率的提高，引起的輻射EMI問題會越來越嚴重，圖示為散熱器與PCB地平面耦合電流分布圖，圖中Inoise為耦合電流，黑色柱子為接地點，接地點需要靠近耦合電流（減小環(huán)路面積），同時增加接地點（降低接地阻抗），使得更多噪聲選擇低阻抗的地平面作為回流路徑，從而減少輻射到空間的電磁波，減小輻射的目的。

散熱器的接地點和接地點數目都很好理解，但是接地點如何分布又是怎么樣的，可以通過以下仿真獲得，以下圖為幾種不同的節(jié)點方式：

通過仿真軟件，可以看出：

1.在數量相同的情況下，180°接地柱比90°效果要好；

2.散熱器接地點數目越多，對輻射抑制效果越好。

在實際產品散熱設計中，我們?yōu)榱嗽黾訉嵝阅?，往往需要使用導熱膠填充散熱器與元器件之間的間隙，增加接觸面積，減小熱阻，導熱膠是一種介電常數大于1的絕緣材料，在芯片與散熱器之間使用散熱膠后，電容的計算公式：

介電常數增加，電容C增大，根據不考慮損耗情況下的阻抗公式：Z=L/C,開根，可以看出，C越大，阻抗越小，電磁波越容易通過散熱器，增加了對外輻射的能量。

總結：

1.接地點成180°設計排列可獲得更好的效果；

2.盡可能的增加接地點的數目；

3.熱其實也是一種電磁波，良好的散熱設計可能會帶來EMI問題，這個時候需要考慮給EMI提供比散熱器更好的回路路徑，這個就好比信號完整性問題跟EMI問題可能在某些方面對立存在的，從EMI角度來看，電感應該是放置在最靠近信號輸出端，但是從信號完整性角度考慮，為了減小傳播路徑的耦合干擾，需要將電感放置在插座端/接收端，不過解決方法永遠比問題多，我們還是可以考慮電感放置在插座端，因為相對于板間的干擾，外界的干擾才是最難評估的。

審核編輯 ：李倩