BUCK变换器多层PCB热设计技巧

前面研究过：器件散热管脚对应的PCB板铜皮铺的面积越大，总热阻就越低，器件的温升就越低，由于PCB板上其他元件及PCB本身尺寸的限制，散热铜皮铺设的面积也就受到限制。那么，对于多层PCB板，如何在各层铺设铜皮，比较优化？

下面以一个使用开关节点SW管脚来散热的BUCK电源IC来研究这个问题，输入电压：12V，输出电压：5V，输出电流：4A，工作频率：500KHz，4层PCB板，1OZ覆铜。

PCB的设计1：开关节点SW管脚下面，4层PCB板每层都铺设相应的SW铜皮，然后用多个过孔连接4层PCB的SW铜皮，特别是IC底部SW管脚下面，布设多个过孔。

图1：PCB的设计1

PCB的设计2：开关节点SW管脚下面，4层PCB板每层都铺设相应的SW铜皮，然后用多个过孔连接4层PCB的SW铜皮，但是，IC底部SW管脚下面没有布设过孔。

图2：PCB的设计2

PCB的设计3：开关节点SW管脚下面，只有PCB的顶层铺设SW铜皮，其他层对应的位置，镂空。

图3：PCB的设计3

PCB的设计4：开关节点SW管脚下面，只有PCB板的顶层铺设SW铜皮，其他层对应的位置都为GND铜皮平面。

图4：PCB的设计4

测量4种条件下IC的温度，结果如图5、图6、图7、图8所示。

图5：PCB设计1的IC温度

图6：PCB设计2的IC温度

图7：PCB设计3的IC温度

图8：PCB设计4的IC温度

由实验的结果，可以得到以下结论：

（1）电源IC芯片用来散热的管脚，使用大的散热铜皮和多层铜皮，直接在散热管脚下面布设过孔连接这些多层铜皮，可以极大提高散热性能。但是，多层铺设SW铜皮，如果SW管脚下面不直接布设过孔，会极大影响散热性能。

（2）多层PCB板，即使仅有顶层铺设SW铜皮，只要第2层铺设GND铜皮平面，可以达到多层铺设SW铜皮同样的散热效果。由于顶层和第2层的距离比较近，热量可以有效的通过传导和辐射的方式，到达第2层GDN平面，然后散出去；而且，这种设计对系统的干扰最小。

（3）只有顶层孤岛的铜皮、下方镂空的设计，散热效果最差。

来源：松哥电源 作者：刘松 王传喜