與PCB 設(shè)計過程一樣令人著迷和具有挑戰(zhàn)性的是，采取所有必要的預(yù)防措施以確保電路正常運(yùn)行非常重要，尤其是在處理高功率 PCB 時。

隨著電子設(shè)備的尺寸不斷縮小，電源和熱管理等設(shè)計方面必須得到應(yīng)有的考慮。

走線寬度和厚度

原則上，軌道越長，其阻力越大，散熱量越大。由于目標(biāo)是最小化功率損耗，為了確保電路的高可靠性和耐用性，建議使傳導(dǎo)高電流的走線盡可能短。要正確計算軌道的寬度，知道可以通過它的最大電流，設(shè)計人員可以依靠 IPC-2221 標(biāo)準(zhǔn)中包含的公式，或使用在線計算器。

PCB布局

電路板布局應(yīng)從 PCB 開發(fā)的早期階段開始考慮。適用于任何大功率 PCB 的一個重要規(guī)則是確定電源所遵循的路徑。流經(jīng)電路的功率的位置和數(shù)量是評估 PCB 需要消散的熱量的重要因素。影響印刷電路板布局的主要因素包括：

• 流經(jīng)電路的功率電；

• 電路板工作的環(huán)境溫度；

• 影響電路板的氣流量；

• 用于制造PCB的材料；

• 填充電路板的組件的密度。

盡管對于現(xiàn)代機(jī)械，這種需求不那么迫切，但在改變方向時，建議避免直角，而是使用 45° 角或曲線。

元件放置

首先，確定大功率元件在 PCB 上的位置至關(guān)重要。例如電壓轉(zhuǎn)換器或功率晶體管，它們負(fù)責(zé)產(chǎn)生大量熱量。大功率組件不應(yīng)安裝在電路板邊緣附近，因為這會導(dǎo)致熱量積聚和溫度顯著升高。高度集成的數(shù)字組件，如微控制器、處理器和 FPGA，應(yīng)位于 PCB 的中心，以實現(xiàn)整個電路板的均勻熱擴(kuò)散，從而降低溫度。

在任何情況下，功率元件決不能集中在同一區(qū)域，以免形成熱點(diǎn)；相反，線性排列是優(yōu)選的。

布局應(yīng)從功率器件開始，其走線應(yīng)盡可能短且足夠?qū)?，以消除噪聲產(chǎn)生和不必要的接地回路。一般來說，以下規(guī)則適用：

• 識別和減少電流回路，特別是高電流路徑。

• 最大限度地減少組件之間的電阻電壓降和其他寄生現(xiàn)象。

• 將大功率電路遠(yuǎn)離敏感電路。

• 采取良好的接地措施。

在某些情況下，最好將組件放置在幾個不同的板上，只要設(shè)備的外形允許這樣做。

熱管理

適當(dāng)?shù)臒峁芾韺τ趯⒚總€組件保持在安全溫度范圍內(nèi)是必要的。硅基器件，通常在 +125 °C 和 +175 °C 之間。近年來，電子元件制造商制造了越來越多的熱兼容封裝。即使隨著這些封裝的進(jìn)步，隨著集成電路尺寸的不斷縮小，散熱也變得越來越復(fù)雜。

電子電路中使用的許多組件，例如穩(wěn)壓器、放大器和轉(zhuǎn)換器，對周圍環(huán)境的波動極為敏感。如果檢測到顯著的熱變化，會改變產(chǎn)生的信號，出現(xiàn)錯誤，并降低設(shè)備的可靠性。因此，對這些元件進(jìn)行熱絕緣很重要，這樣它們就不會受到電路板上產(chǎn)生的熱量的影響。

阻焊層

另一種允許走線承載大量電流的技術(shù)是從 PCB 上去除阻焊層。這暴露了下面的銅材料，然后可以補(bǔ)充額外的焊料以增加銅的厚度并降低 PCB 載流組件的整體電阻。

雖然它可能被認(rèn)為是一種解決方法而不是設(shè)計規(guī)則，但這種技術(shù)允許 PCB 走線承受更大的功率，而無需增加走線寬度。

去耦電容

當(dāng)一個電源軌在多個電路板組件之間分配和共享時，有源組件可能會產(chǎn)生危險現(xiàn)象，例如接地反彈和振鈴。這會導(dǎo)致靠近組件電源引腳的電壓降。

為了克服這個問題，去耦電容使用：電容器的一個端子必須盡可能靠近接收電源的組件的引腳，而另一端子必須直接連接到低阻抗接地層。目標(biāo)是降低電源軌和地之間的阻抗。

去耦電容器充當(dāng)輔助電源，在電壓紋波或噪聲期間為組件提供所需的電流。選擇去耦電容器時需要考慮幾個方面。這些因素包括選擇正確的電容器值、介電材料、幾何形狀以及電容器相對于電子元件的位置。去耦電容的典型值為 0.1μF 陶瓷電容。

材料

大功率 PCB 的設(shè)計需要使用具有特殊特性的材料，首先是導(dǎo)熱性 (TC)。低成本 FR-4 等傳統(tǒng)材料的 TC 約為 0.20 W/m/K。對于需要盡量減少熱量增加的高功率應(yīng)用，最好使用特定材料。

除了使用能夠以低損耗處理功率和熱量的材料外，PCB 還必須使用具有非常相似的熱膨脹系數(shù) (CTE) 的導(dǎo)電和熱材料制造，以便材料因高功率或溫度而發(fā)生任何膨脹或收縮以相同的速率發(fā)生，從而最大限度地減少材料上的機(jī)械應(yīng)力。