PCB大电流散热终极方案:贴片汇流条如何突破“百安级”载流瓶颈

PCB大电流散热终极方案:贴片汇流条如何突破“百安级”载流瓶颈

面对100A+大电流挑战,单纯增加PCB铜厚并非最优解。本文探讨如何利用SMT贴片汇流条作为“电流高架桥”,在不占用板层空间的前提下显著降低电流密度与温升,不仅优化了热管理,更相比传统厚铜工艺降低了20%的成本。

把PCB想象成一张交通网络,电流就是车流。

当你要处理100A级别的“洪峰流量”时,加宽所有“道路”(盲目增加铜厚),是一种低效的资源浪费。真正的瓶颈,往往只在少数几条“主干道”上。

因此,一个优雅的解决方案是:在这些主干道上方,直接架设一条物理隔离的**“高架桥”**——可自动贴片的载流铜条(SMT Busbar)。它不占用宝贵的“地面”(PCB板层)空间,却能以极低的“通行费”(电阻)承载巨大的“车流”(电流)。

01. 增强载流能力:构建电流“高架桥”

▶ 分流与降低电流密度

汇流条通过提供低阻抗路径分流大电流,直接减少PCB走线的电流密度。在电源供电网络(PDN)上添加汇流条,可有效避免局部电流密度过高产生的“热点”,防止元器件损坏。

  • 案例数据: 添加铜块汇流条后,原131.8A/mm²的电流密度峰值显著降低,温升从70℃降至安全范围

▶ 增加导体截面积

铜条直接嵌入PCB或表贴于表面,大幅增加了导体的有效截面积。

  • 应用实例: 典型的贴片式铜块(如6mm×4mm×1mm)可承载20A电流,且温升控制在15℃以内。特斯拉车身控制器便大量应用了这种外挂式载流铜条技术。

02. 优化散热效能:打通散热“大动脉”

▶ 高导热材料与结构设计

铜的导热系数是铝的两倍。铜块不仅承载电流,更能作为热通道,快速将功率器件的热量传导至PCB或散热器。

  • 嵌入式铜块: 埋入PCB内部直接接触热源,通过垂直方向散热,载流密度提升15%。

  • 表面铜柱阵列: 在TOP层构建微米级铜柱,显著增强散热表面积。

▶ 直接散热通道

表贴汇流条暴露于空气中,利用自然对流散热;直插式铜块则与空气直接接触,同步提升载流和散热能力。

  • 仿真验证: 添加汇流条后,PCB热点温度分布更均匀,局部温升大幅降低。

03. 工艺与设计优化:降本增效

▶ 自动贴片兼容性 (SMT)

现代汇流条经镀锡/镍处理,完全支持SMT自动贴装

  • 成本优势: 例如使用0.8mm厚铜排直接贴装至主板背面,无需增加PCB层数(如从12层减至普通层数),可降低成本约20%。

▶ 电流拥挤抑制策略

  • 星型汇流设计: 在功率器件引脚处设置铜箔扩展区,降低电流密度峰值。

  • 结构强化: 汇流条能增强PCB机械强度。针对热膨胀系数差异,推荐使用短汇流条链接结构或蜂窝状过孔阵列设计,以降低热阻并避免变形。

04. 综合优势对比:为什么要选汇流条?

 

方案 载流能力 散热效能 成本/工艺
传统厚铜箔 中等(依赖线宽) 一般(依赖敷铜面积) 成本较高(增加整体铜厚)
增加PCB层数 提升有限 改善不明显 成本增加20%(如12层→14层)
汇流条(表贴/嵌入) 高(轻松达50A+) 优(垂直/对流散热) 无需增层,SMT兼容,快速定制