厚铜箔PCB散热通道怎么设计?捷配分享高效散热方案(散热铜箔导电吗)

厚铜箔(2oz 及以上)的热导率(386W/(m・K))是基材(FR-4 约 0.3W/(m・K))的 1000 多倍,是 PCB 散热的 “天然通道”,但如果设计不合理,3oz 铜箔的散热效果可能仅比 1oz 高 10%。PCB 四层板厂家的测试显示,优化后的厚铜箔散热通道能使热量传导效率提升 60%,『芯片』结温降低 15-20℃,虽然加工成本增加 20%,但能省去价值更高的散热片,成为高功率设备的性价比之选。

厚铜箔散热通道的核心设计原理

厚铜箔的散热能力源于其独特的物理特性,PCB 四层板厂家的热仿真数据揭示关键规律:

“铜皮网络” 的热传导优势。2oz 铜箔的连续铜皮(面积≥5cm²)能将热量从『芯片』底部快速扩散,某测试显示,10W 热量通过 2oz 铜皮传导时,10cm 距离内的温差(15℃)比 1oz 铜皮(25℃)低 40%。这是因为厚铜箔的横截面积更大(2oz 是 1oz 的 2 倍),热阻更小(R=ρL/S,ρ 为铜的热阻率)。

“垂直导热” 的层间协同。四层板的厚铜箔通过过孔形成 “立体散热通道”,3oz 铜箔 + 0.3mm 过孔(孔壁铜厚 70μm)的垂直导热能力(15W/m・K)是 1oz+0.2mm 过孔(5W/m・K)的 3 倍。

高效散热通道的三种经典设计方案

大面积铜皮直接散热(功率<10W)。在『芯片』下方铺设 2oz 以上的连续铜皮(面积是『芯片』的 3-5 倍),利用厚铜箔的面内导热特性扩散热量。某 5W LED 驱动板采用 2oz 铜皮(10cm²)后,『芯片』温度(55℃)比 1oz 铜皮(68℃)低 13℃,且无需额外散热片。PCB 四层板厂家建议,铜皮边缘需做 “散热鳍片” 设计(伸出板边缘 5mm),可增加 15% 的散热面积,特别适合消费电子的紧凑空间。

过孔阵列导热(10-30W)。在『芯片』正下方布置 3oz 铜箔过孔阵列(间距 1-2mm,数量≥10 个),将热量传导至底层或内层的大面积铜皮。某 15W 电机驱动板采用 3oz 过孔阵列(16 个 0.3mm 过孔)后,底层铜皮的温度(60℃)比无过孔设计(78℃)低 23%,因过孔形成的 “热流通道” 大幅缩短了散热路径。PCB 四层板厂家的仿真显示,过孔数量从 4 个增至 16 个时,导热效率提升 3 倍,但超过 20 个后边际效益递减。

埋铜块增强散热(>30W)。在多层板内层嵌入 3oz 以上的埋铜块(与『芯片』尺寸匹配),通过过孔与表层铜皮连接,形成 “三维散热网络”。某 30W 电源模块采用此方案后,『芯片』结温(70℃)比普通 3oz 设计(85℃)低 15℃,且埋铜块的热容量更大,能吸收瞬时功率冲击(如 50W 持续 10 秒)。PCB 四层板厂家的成本测算显示,埋铜块方案比普通厚铜设计成本高 30%,但比加装散热片节省 50% 的空间。

厚铜箔散热设计的关键优化技巧

细节设计直接影响散热效率,PCB 四层板厂家的经验值得借鉴:

过孔与铜皮的 “无缝连接”。过孔与铜皮的连接需采用 “泪滴” 设计(过渡半径≥0.5mm),避免直角连接导致的 “热流瓶颈”。某测试显示,带泪滴的 3oz 过孔导热效率(95%)比直角连接(80%)高 19%,因圆角能减少热流集中损耗。

散热通道与接地的 “协同设计”。将散热铜皮与接地网络结合(单点接地),既能利用厚铜箔的低阻抗特性优化信号完整性,又不影响散热。某 10W 射频模块采用此方案后,2.4GHz 信号的辐射☢️干扰(30dBμV/m)比单独散热设计(45dBμV/m)低 33%,实现散热与 EMC 的双重优化。

铜箔厚度与功耗的匹配公式。PCB 四层板厂家提供的经验公式:每 1W 功率至少需要 1cm² 的 2oz 铜皮(或 0.5cm² 的 3oz 铜皮),如 20W 功率需 20cm² 2oz 铜皮或 10cm² 3oz 铜皮。某『工程师』因设计不足(15W 用 10cm² 2oz),导致温度超标 10℃,增加铜皮面积后问题解决。

厚铜箔 PCB 的散热通道设计核心是 “让热量走最短路径”—— 通过大面积铜皮扩散、过孔阵列传导、埋铜块增强的组合策略,充分发挥厚铜箔的高导热特性。PCB 四层板厂家的实践证明,合理设计的 2oz/3oz 铜箔散热通道,能使高功率设备的散热效率提升 50% 以上,在多数场景中可替代传统散热片。

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