5.3在PCB周圍增加x和z間隙

到目前為止，我們考慮過的所有案例都在PCB的邊緣和外殼之間有物理接觸。雖然接觸面積很小，但是從圖6中可以看出，通過這條路徑傳遞的熱量是非常大的，在黑色塑料外殼的情況下大約占總熱量的20%。

不過，在真實條件中，一些配置可能會在PCB邊緣和外殼之間存在氣隙——可能是為了提供電隔離或其他用途，如機械原因。引入這樣的氣隙將改變模塊內(nèi)可用的熱路徑，并且不可避免地影響安裝在PCB上的MOSFET器件的溫度。

為了研究PCB周圍空氣間隙的影響，我們重新操作了之前的模型，但是這次的x和z間隙分別為5mm和10mm。參見圖8所示。

圖8：PCB板周圍的間隙。

5.3.1黑色塑料外殼。

黑色塑料外殼的結(jié)果如圖9所示。

(1)Tj黑色塑料(5mm間隙)。

(2)Tj黑色塑料(10mm間隙)。

(3)Tj黑色塑料(無間隙)。

圖9：x- z間隙對黑色塑料外殼Tj的影響

雖然我們在引入間隙時可以看到一些不同，但可以認為其影響并不顯著——大約2.5℃。這是因為塑料材料不是熱的良好導體，所以進入外殼的傳導不是主要的熱路徑(見圖6)。此外，增加的角度因子導致了輻射傳熱的改善。因此，去除導熱路徑并不會導致溫度的劇烈變化。

5.3.2拋光鋁外殼

可以預計，鋁外殼會產(chǎn)生更顯著的影響，因為鋁是比塑料更好的導熱體，因此，去除這種傳導路徑對Tj的影響應該更大。拋光鋁外殼的結(jié)果如圖10所示。

(1)Tj拋光鋁(5mm間隙)。

(2)Tj拋光鋁(10mm間隙)。

(3)Tj拋光鋁(無間隙)。

圖10：x和z間隙對拋光鋁外殼Tj的影響。

在這種情況下，在PCB周圍增加x和z間隙的效果更為明顯，特別是當y間隙增加時，當y間隙為10mm時，會產(chǎn)生約20℃的差異。通過去除PCB邊緣的傳導路徑，我們增加了PCB和外殼之間的熱隔離:

?消除了PCB和外殼之間的直接傳導。

?空氣中的熱量流動仍然很差，因為空氣仍然停滯不前。

?輻射換熱也很差，因為鋁的表面發(fā)射率很低。

5.3.3陽極化鋁外殼

對于陽極化鋁外殼，添加x和z間隙的效果不太明顯。參見圖11。

(1)Tj陽極化鋁(5mm間隙)。

(2)Tj陽極氧化鋁(10mm間隙)。

(3)Tj陽極化鋁(無間隙)。

圖11：陽極化鋁外殼x-和z-間隙對Tj的影響

雖然在本例中我們已經(jīng)失去了模塊內(nèi)的直接傳導熱路徑，但由于外殼材料的表面光面，輻射熱路徑仍然非常有效。因此，Tj的變化并不像拋光鋁材料那樣大。

5.3.4三種外殼匯總

這三種外殼類型的結(jié)果都顯示在圖12的圖中。這張圖使我們能夠比較三種材料類型在PCB和外殼之間沒有直接傳導時的影響。

(1)Tj拋光鋁(5mm間隙)。

(2)Tj拋光鋁(10mm間隙)。

(3)Tj黑色塑料(5mm間隙)。

(4)Tj黑色塑料(10mm間隙)。

(5)Tj陽極化鋁(5mm間隙)。

(6)Tj陽極氧化鋁(10mm間隙)。

圖12所示。x-和z-間隙對三種外殼材料Tj的影響

應該記住，外殼的表面處理也會影響其外層表面如何在輻射過程中向環(huán)境損失熱量。例如，拋光鋁材料不僅內(nèi)部表面和PCB之間的輻射傳熱較差，而且外表面和當?shù)丨h(huán)境之間的輻射傳熱也較差。

5.3.5小結(jié):在PCB周圍增加x和z間隙

l 在PCB和外殼之間增加一個間隙，就可以消除這些部件之間的直接導熱路徑；

l 對于黑色塑料外殼來說，空氣間隙對Tj的影響不是很大，因為塑料是一種不好的導熱體，而且表面之間的輻射交換也很好；

l 對于y間隙較大的拋光鋁外殼，由于鋁是良好的導熱體，輻射交換差，其效果更為顯著；

l 陽極化鋁材料的溫度變化介于前兩組結(jié)果之間。這是因為，雖然鋁具有良好的導熱性，但陽極化鋁的表面性質(zhì)允許良好的輻射換熱；

l 并排地看，陽極化鋁和黑色塑料材料觀察到的溫度是相當相似的，而拋光鋁的結(jié)果是更高的——特別是對于較大的y-gap；

l 外殼的導熱系數(shù)和發(fā)射率也會影響通過外殼以及外殼外表面到周圍環(huán)境的熱路徑。

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