電源系統設計工程師總是希望在較小的PCB板區域實現更高的功率密度，特別是對于需要支持高電流負載的數據中心服務器和LTE基站，例如FPGA，ASIC和微處理器，這些負載越來越多地由電源供電。為了獲得更高的輸出電流，多相系統的使用越來越多。為了在較小的PCB板面積上實現更高的電流水平，系統設計工程師開始丟棄分立電源解決方案并選擇電源模塊。

 

這是因為電源模塊提供了一個受歡迎的選項，可以降低電源設計的復雜性，并解決與DC / DC轉換器相關的印刷電路板（PCB）布局問題。本文討論了一種采用通孔布置的多層PCB布局方法，以最大限度地提高雙相電源模塊的散熱性能。電源模塊可配置為雙向20A單相輸出或單通道40A雙工輸出。

帶通孔的樣品電路板設計用于加熱功率模塊以實現更高的功率密度，從而無需散熱器或風扇即可工作。

兩個isl8240m電路，輸出20A

 

圖1：isl8240m電路包括兩個20A輸出那么電源模塊如何實現如此高的功率密度？圖1電路圖中顯示的電源模塊提供了非常低的熱阻θ，僅為8.5°c / w，因為基板使用銅材料。為了將熱量散發到電源模塊，電源模塊安裝在具有直接安裝特性的高效導熱電路板上。多層電路板具有頂層布線層（其上安裝有電源模板）和兩個使用通孔連接到頂層的內埋銅平面。

 

該結構具有非常高的導熱性（低熱阻），使得功率模塊易于散熱。為了理解這種現象，讓我們分析一下ISL8240MEVAL4Z評估板的實現（圖2）。

這是一個電源模塊評估板，支持四層電路板上的雙向20A輸出isl8240meval4z電源模塊評估板,解決與DC / DC轉換器相關的印刷電路板（PCB）布局問題.

 

圖2：isl8240meval4z電源模塊評估板

該板具有四個PCB層，標稱厚度為0.062英寸（±10％），并以級聯方式堆疊，如圖3所示。

isl8240m電源模塊使用的四層0.062“電路板的級聯排列

 

圖3：isl8240m電源模塊使用的四層0.062“電路板的級聯排列PCB主要由FR4電路板材料和銅制成，帶有少量焊料，鎳和金。

 主要材料的導熱系數如表1所示。

PCB材料的導熱性

 

PCB設計解決電源模塊散熱問題Sac305 *是最受歡迎的無鉛焊料，由96.5％錫，3％銀和0.5％銅組成。

W =瓦特，in =英寸，C =攝氏度，m = m，K =華氏度我們使用公式來確定材料的熱阻。

計算材料的熱阻

 

公式1：計算材料的熱阻為了確定圖3中電路板頂部銅層的熱阻，我們采用銅層的厚度（t）并將其除以導熱系數和橫截面積。為了便于計算，當a = b = 1英寸時，我們使用1平方英寸作為橫截面積。銅層是2.8密耳（0.0028英寸）厚。這是在1平方英寸的電路板區域中沉積的2盎司銅的厚度。系數k是銅的w /（in-°c）系數，其值等于9.因此，對于1平方英寸2.8密耳銅的熱流，熱阻為0.0028 / 9 = 0.0003° C / W。我們可以使用圖3中所示的每個層尺寸和表1中的相應K系數來計算每平方英寸電路板面積的每層的熱阻。