使用散熱器會(huì)帶哪些坑

對(duì)于單板而言，熱量傳遞有導(dǎo)熱，對(duì)流換熱以及輻射換熱三種方式，在終端設(shè)備散熱過(guò)程中，這三種方式都有發(fā)生。對(duì)于芯片而言，主要有以下三個(gè)途徑：

1.die熱量通過(guò)封裝材料傳導(dǎo)到器件表面后對(duì)流散熱，低導(dǎo)熱的封裝材料影響傳熱，當(dāng)然我們有時(shí)候也會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)需要增加散熱器；

2.die熱量通過(guò)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(guò)lead Frame和die之間是極細(xì)的鍵合線(xiàn)，因此die和Lead frame之間存在很大的導(dǎo)熱熱阻，這會(huì)限制管腳散熱。

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

我們?cè)谇懊娴奈恼轮幸蔡岬竭^(guò)，共模干擾分為電流驅(qū)動(dòng)型，電壓驅(qū)動(dòng)型和電磁耦合型。而散熱器不接地屬于共模干擾的電壓驅(qū)動(dòng)型。通常在使用散熱器時(shí)，需要將散熱器接地，這樣可以大大減少EMI問(wèn)題，因?yàn)榇蟮貫楣材８蓴_提供了低阻抗路徑，當(dāng)然了，地的阻抗要低。不然會(huì)引起地彈現(xiàn)象，引發(fā)新的干擾問(wèn)題。

根據(jù)散熱器的長(zhǎng)寬高比例不同，當(dāng)散熱器的高度達(dá)到電磁輻射波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度時(shí)，會(huì)形成單極子天線(xiàn)。隨著器件開(kāi)關(guān)頻率的提高，引起的輻射EMI問(wèn)題會(huì)越來(lái)越嚴(yán)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(diǎn)，接地點(diǎn)需要靠近耦合電流（減小環(huán)路面積），同時(shí)增加接地點(diǎn)（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(diǎn)和接地點(diǎn)數(shù)目都很好理解，但是接地點(diǎn)如何分布又是怎么樣的，可以通過(guò)以下仿真獲得，以下圖為幾種不同的節(jié)點(diǎn)方式：

通過(guò)仿真軟件，可以看出：

1.在數(shù)量相同的情況下，180°接地柱比90°效果要好；

2.散熱器接地點(diǎn)數(shù)目越多，對(duì)輻射抑制效果越好。

在實(shí)際產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)中，我們?yōu)榱嗽黾訉?dǎo)熱性能，往往需要使用導(dǎo)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(dǎo)熱膠是一種介電常數(shù)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(jì)算公式：

介電常數(shù)增加，電容C增大，根據(jù)不考慮損耗情況下的阻抗公式：Z=L/C,開(kāi)根，可以看出，C越大，阻抗越小，電磁波越容易通過(guò)散熱器，增加了對(duì)外輻射的能量。

總結(jié)：

1.接地點(diǎn)成180°設(shè)計(jì)排列可獲得更好的效果；

2.盡可能的增加接地點(diǎn)的數(shù)目；

3.熱其實(shí)也是一種電磁波，良好的散熱設(shè)計(jì)可能會(huì)帶來(lái)EMI問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候需要考慮給EMI提供比散熱器更好的回路路徑，這個(gè)就好比信號(hào)完整性問(wèn)題跟EMI問(wèn)題可能在某些方面對(duì)立存在的，從EMI角度來(lái)看，電感應(yīng)該是放置在最靠近信號(hào)輸出端，但是從信號(hào)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(guò)解決方法永遠(yuǎn)比問(wèn)題多，我們還是可以考慮電感放置在插座端，因?yàn)橄鄬?duì)于板間的干擾，外界的干擾才是最難評(píng)估的。

審核編輯 ：李倩