在現代電子產品設計中，就熱特性設計而言，除電路設計、器件特性和系統(tǒng)的散熱方式外，電路板的特性同樣有著相當重要的影響。首先電路板作為其他所有器件的載體，整個電路組件的熱特性將集中反映在上面，電路板的熱可靠性就顯得非常關鍵；電路板上的印制導線起著器件之間的互連作用，隨著功率器件的性能提升，電路板所承受的電流從毫安級發(fā)展到安培級，尤其是大功率電源厚銅板，傳輸電流達到幾十安培，這時導線的發(fā)熱以不容忽視；大功率電源厚銅板的導線除了互連作用以外，還有具有功能特征的平面繞組，不僅負載電流大，而且集中布設在多層板的各層對應位置，發(fā)熱相當集中，如何減少發(fā)熱和導熱問題是提高電路效率和可靠性的關鍵。

     導熱和電氣絕緣從理論上講是一組對立的問題，但在電源模塊中個別需要承受很高的電壓，局部可高達幾百伏甚至上一千伏，既要保證電氣絕緣良好，又要使其具有良好的導熱性，在模塊電源印制板設計和加工時是一個值得注意的問題。

以上等等這些都要求印制板專業(yè)人員對印制板的發(fā)熱、導熱、散熱和不同條件下印制板的可靠性有一清醒的認識，從而為設計人員提供準確的依據并且用適宜的材料和工藝來保證產品的可靠性。為此特設立本課題,就印制板的導熱結構設計、導線的載流量、發(fā)熱情況、不同介質的導熱特性和耐熱特性進行研究。

 試驗內容：

本試驗項目將安排以下幾方面試驗

1. 不同結構中，不同厚度銅層，不同線寬的載流量試驗，并確定其溫升。

2. 導熱絕緣介質相對于普通材料對產品局部溫升的影響。

3. 高Tg材料在大功率電源厚銅板中應用的耐熱特征。

試驗步驟

1．按下表制作不同結構、不同銅厚、不同線寬的測試樣品     

注：試樣中包含有8mil  12mil  20mil  40mil  100mil六種線寬

2．對以上試片進行載流測試，確定各種條件下造成印導線局部溫升達到 60℃情況下的載流量。

3．用從普通試樣上試驗測得的60℃溫升時的載流量，來試驗用導熱材料填充的多層試樣，測量其對應的溫升。

4．對高Tg材料、普通FR4材料和導熱填充材料制作的試樣中的20mil線路進行極限載流試驗（基材輕微變色或出現分層、其泡），試驗持續(xù)時間30分鐘，并測量其絕緣值的變化。

5．制作一對多層試樣，其中一組按常規(guī)布線設計，另一組采取增加導熱孔和盡可能增大內層銅箔填充，比較其極限電流的承載情況。

試驗設備

試驗需使用以下試驗設備

1. 100A/12V直流電源

2. 數字溫度計（帶點狀探頭，測試精度±1℃）

3. 絕緣電阻測試儀

試驗材料

試驗使用以下材料

1． 通FR4覆銅板和半固化片

2． 高Tg FR4覆銅板和半固化片

3． 內層散熱填充材料（進口）

 檢測方式

在試驗過程中，必須對測試點進行相同方式的隔離，防止其他形式的熱對流、傳導而影響測試果，所有目視檢查應在5倍放大鏡下進行。

得出的結論

通過本項目的試驗，應取得以下結論

1. 不同厚度銅層、不同寬度導線在不同結構中的載流量。

2. 導熱材料對降低溫升的貢獻率。

3. 普通FR4、高Tg FR4、內層到熱填充材料的耐熱特性。

4. 多層板導熱設計結構對提高使用電流的作用。

 試驗報告                                                  

     一、試樣準備過程

    1. 內層材料準備

l 本試驗分別使用以下四種內層材料：

l 普通FR4 O.4 1oz; 0.3 2oz; 0.3 3oz

l 高Tg FR4 0.3 3oz

l 內層尺寸12″*14″

     2. 內層/外層圖形包含有的線路寬度是0.2mm, 0.3mm, 0.5mm, 1.0mm, 2.5mm; 并用1.0mm線寬繪成平面繞組，對應置于各層線路。

     3. 試樣圖形中，部分區(qū)域導線四周布滿銅箔，銅箔區(qū)域等距鉆孔用于層間導熱。

     4. 按多層板制作工藝制作樣品，各樣品盡量保證介質厚度接近。

     5. 用兩塊3OZ銅的內層板，在層壓時減少半固化片用量，改用導熱粉末材料填充。

    表1 測試用的所有試樣

二、載流試驗

   內/外層導線的載流試驗

   用1#試樣分別對內層和外層的各種線路通直流電，逐步加大電流，直至線路溫升為60℃（穩(wěn)定10分鐘），記錄電流值。測試內層溫升時將測試點局部外層破壞，便于測量。測試數據如表2。

  表2 溫升為60℃時線路的載流量(安培)

   1，用同樣的方法測量導熱結構的線路溫升為60℃時的載流量

   表3 導熱結構線路溫升為60℃時線路的載流量(安培)

2.分別測試平面繞組內外層單獨通電和同時通電時的載流量，記錄溫升為60℃況下的電流值。

表4 平面繞組溫升為60℃時線路的載流量(安培)

1，測試各種銅層厚度和不同材料中0.5mm線寬導線的極限載流量。（基材輕微變色或出現分層、氣泡），試驗持續(xù)時間30分鐘，并測量其絕緣值的變化。

表5 不同銅層厚度、不同結構、不同材料中線路的載流量(安培)

三、試驗設備

試驗需使用以下試驗設備

100A/12V直流電源

1. 數字溫度計（帶點狀探頭，測試精度±1℃）

2. 絕緣電阻測試儀

四、試驗數據分析和試驗結論

通過本項目的試驗，對以上得到的數據分析可以得出以下結論

1. 各種厚度銅層、各種寬度導線在不同結構中的載流量已經明確。

2. 導熱填充材料對降低內層溫升的貢獻率可達16%左右。

3. 在導線周圍布滿導熱銅箔和導熱孔可比孤立導線載流量提升40%

4. 繞組方式的布線會比單獨線路載流下降45%

5. 對應位置的內層和外層導線（或繞組）同時通電時載流量會比單層線路通電下降48%

6. 相對于同樣線寬的導線，其極限使用電流（破壞值）高Tg FR4材料比普通FR4材料可高約10%；內層填充導熱材料比普通FR4材料可高約14%。

以上試驗所取得的數據對確定大功率電源厚銅板的設計方案很有幫助，這樣設計多大大提示電路的效率和可靠性，可推薦給相關客戶使用。