如何设计热原型PCB

PCB中的热问题经常被忽视，直到设计经过一轮原型制作后才可能被解决。显然，原型制作是昂贵的，设计团队不能无限制地投入资金于原型设计，但他们可以将一些测试工作转移到成本较低的原型设计上。从热视角来看，一种方法是进行热原型测试。

这些原型并不意味着要复杂或昂贵；它们是成本低廉的电路板，只包含少数几个组件，专门设计用于评估特定电路中的热需求。在某些情况下，它们还具有多重目的，可能与环境测试、机械测试和基本功能测试有关。

你的热原型需要什么

热原型可以构建为一个包含有限数量组件的小型电路板。具体来说，它应该只包含你想要测试热性能和可靠性的主要组件。目标是仅放置那些热特性未知的电路，以便可以直接测量这些特性。

当系统中的热负载未知时，关于电路板构造总有一些未解之谜。应该使用什么铜厚度？特定层上是否需要平面？是否需要高热导率材料，还是通用的FR4级材料就能满足规格？热原型允许你调查这些点和更多内容。

• 具有变体组件的热测试电路的副本
• 在未使用的引脚、重要的电源组件等上放置充足的测试点
• 连接器或接头以访问任何所需的配置信号和接口
• 任何可能也会产生过多热量的支持组件
• 对于无源或感性组件，选择具有通用封装的部件，以便在测试时容易更换

你的测试电路的PCB布局应尽可能地与预期的电路板构造相匹配，但风险要尽可能小。大多数针对ASIC的热测试板可以在前端工程阶段完成，因此为了简化，考虑根据数据手册而不是你的定制解决方案来构建应用电路。对于电源管理ASIC，确保放置你打算使用的电感器、变压器、扼流圈等，因为这些也可能是大量热量的产生器。

设计完成后，热原型可以在海外的低成本制造和组装设施中投入生产。通常，你设计的东西不涉及敏感的知识产权，且组装过程中的组件放置数量应该很低。通过大幅简化PCB布局和BOM，你可以将建造成本降至最低。

热原型测试中的测量

设计并生产完成后，需要对你的热原型进行测试，并且需要测量温度。最好的方法是什么？

在测试电路时，能够提供最准确读数的方法是使用红外相机进行温度测量。市面上有各种分辨率和检测范围的红外相机可供选择。有些小型模块可以插入智能手机中使用，也有较大的手持成像仪，能提供高分辨率的实时温度图（如下面所示的图片）。

热成像图由Mark Harris在本文中提供。

对于更复杂的热原型板，例如带有数字接口的ASIC，可能需要进行一些实时配置。这时候，你需要将其连接到数据记录器或DAQ，或者是PCB中的串行接口。这将允许你控制串行接口并在测试设备时监控I/O状态。

开发板和评估板怎么样呢？

热原型设计是开发板和评估板大放异彩的时刻！

开发板（dev boards）通常用作微控制器或FPGA的开发原型，用户可以围绕特定组件构建固件和应用程序。评估板（eval boards）是模块化的，可以通过电线连接成临时组装，这样你就可以测试不同组件集合在系统中如何协同工作。

无论是开发板还是评估板，产品也可以用作热原型。这些板可以在高功率或高温环境下测试，同时与其他设备接口或运行应用程序。例如，你可以：

• 在环境舱中运行板子
• 在其功率或温度极限附近运行板子
• 将板子放在带有运行中的直流风扇的外壳中
• 尝试使用散热片和热界面材料

评估板和开发板并不总是完美反映你想要的电路，但有时它们足够接近，以至于你可以获得关于测试组件的热特性的合理数据。例如，在下面显示的门驱动评估板中，你可以为基于SiC的电力系统获得优秀的热数据。

用于驱动SiC晶体管和功率模块的德州仪器UCC21710QDWEVM-025评估板。

TRANSLATE:

并不是所有的组件都有开发板或评估板可用，但是当这些板子可用时，它们可以从许多分销商那里购买。查看Octopart并搜索“eval board”来看看有什么可用的。你也可以查看组件制造商的网站，找到他们的参考设计资料和评估板选项。

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