印刷电路板对电子设备极其重要，其设计旨在允许导电性以及不同电子组件之间的模拟和数字信号传输。在穿过PCB内部的过程中，电流或多或少会产生大量热量，这取决于它遇到的电阻量。除了走线以外，功率组件（例如MOSFET，IGBT，转换器和驱动器）主要负责热量的产生。尽管高度集成的逻辑设备（例如DSP，SoC和FPGA）的电源电压逐渐降低，但这些设备也会产生不小的热量，由于较高的工作频率和大量使用非常复杂的算法。热量管理是设计人员在设计PCB时要应对的最关键和最隐蔽的方面之一。一方面，有必要在任何允许的电压，电流和频率值的情况下确保电路的正确操作和可靠性。另一方面，必须遵守制造商施加的预算限制，限制使用笨重且昂贵的冷却解决方案，例如散热器，风扇或液体冷却。
    热管理的重要性
    当前的基于硅酮的部件具有在约125℃至200℃之间的结合温度。但是，必须避免达到该值，否则组件的剩余寿命将迅速恶化。实际上，据估计，由于效率低下的热管理，使工作温度升高20°C可以最多减少50％的组件寿命。例如，高亮度LED照明系统会将吸收的能量的60％以上转换为热量，因此需要特殊的印刷电路板，这些印刷电路板能够承受高温而不会损坏组件。宽带隙半导体的日益普及（WBG）或带隙间隙（例如砷化镓（GaAs）和碳化硅（SiC））已使组件达到了比基于硅的技术更高的工作温度。然而，这并没有消除对精确热管理的需求，该热量管理能够均匀地分布所产生的热量，避免形成有害的蓄热点并使能量损失最小化。在图1示出了电子电路受到热扫描红外照相机：在红色对应于最大的热集中点的部分。

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    图1：PCB的热图像。
    正确进行热管理的提示
    即使在高功率负载的情况下，也要实现令人满意的热管理，第一步是根据每个组件的技术特征来确定半导体的结温 T J和热阻 R T。第一个可以从组件的技术数据表中得出，而第二个可以定义为沿热路径发生的温差。特别是R T可以通过减少热路径的长度，或通过增加材料和PCB芯片表面的热导率来将其最小化。这两个因素都会影响PCB的设计，因此必须从头开始设计才能满足这些要求。电路小型化的无限发展对增加焊盘的表面积提出了严重的限制。因此，为了改善热管理，设计人员可以针对以下两个因素进行干预：

    1. PCB上热路径的长度应尽可能短；
    2. 组成PCB的材料和基板以及任何散热器都应具有尽可能高的导热率。

    可以通过在印刷电路板设计期间采取特殊的预防措施来满足第一个要求，而第二个要求在项目的初步阶段（例如在可行性研究中）需要仔细选择材料。

    PCB布局
    电子设计师可以使用的减少PCB上热路径长度的技术有所不同。首先，建议增加 轨道之间的距离，从而在层中获得更均匀的热量分布，并降低产生热点的风险。但是，此解决方案通常受到（如在消耗品的情况下）获得小型化PCB尺寸的限制。
    除距离外，轨道的几何形状这也是一个非常重要的因素。连接电气组件的走线应尽可能短和宽，在高电流下走过的走线上应使用高度较厚的铜。可以从PCB设计的IPC-2221标准中包含的图表中获得关于走线宽度的最小推荐值，该最小推荐值是流过它们的电流强度的函数。
    如果使用对于给定电流而言太小的走线，则可能会导致性能下降甚至损坏某些电子组件；如有疑问，始终最好使用更宽的轨道。另一种常用的技术是插入热通道沿着热路径。可以镀覆或不镀覆的热通道将不同的层连接在一起，从而允许新鲜空气循环并排出热量。镀层的热通道效率更高，因为铜包层允许更多的热量积聚。除热通道外，另一种能够从组件中散热的技术是在PCB上形成较大的铜平面。从而增加了能够散发热量的表面。尽管在PCB的上层和下层形成铜平面可以获得最佳的散热效果，但与周围环境交换的热量更多，但这些平面也可以在PCB的内层产生。
    在电气应用中，实现高效散热的一种方法是使用重铜技术。旨在提高PCB的最大容许电流和热阻，而不会引起故障或性能下降。标准PCB的走线厚度为0.5到3盎司（105微米），而重铜技术使用的走线厚度最高达60盎司（2.1毫米），能够承受各种安培的电流。在图2示出了PCB的例如由铜重技术。

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    图2：重铜PCB
    材料选择
    尽管FR-4（阻燃等级4）能够满足许多类型电子电路的散热要求，但在某些应用中，有必要使用特定的材料和基板。此类应用包括存在高频和/或电信号的电路，射频（RF）应用和设备，由于其极其紧凑的设计，因此无法使用散热器或其他冷却系统（电子和耗材，主要）。为了获得更好的散热，该材料必须具有较高的介电常数（D k）。尽管价格更高，但罗杰斯层压板由于Dk值介于6.15和11之间，而FR-4提供的Dk约为4.5，因此满足了这一要求。另外，这种材料对温度和频率变化具有很大的稳定性，从而减少了所有工作条件下的功率损耗。
    另一种制造技术，称为MCPCB（金属芯印刷电路板）由具有不同导热率的材料的基板与通常由铜制成的金属平面组合而成。MCPCB技术使用位于PCB层之间的导热预浸料，其功能是从组件中吸收热量并将热量引导至金属平面。MCPCB技术可以采用单层或双层金属平面（在PCB的顶层和底层），广泛用于具有大功率或高亮度LED的照明应用。如果产生的热量集中在少量成分中，则也可以使用所谓的铜币技术。利用铜的高导热性，通常在大功率组件下，将相同材料的块插入PCB的内部或表面。
    尾声
    成功的热管理始于正确的PCB设计。如今，设计人员拥有各种各样的技术可以减少产生的热量并改善其散布。材料选择，制造技术和设计定义是获得满意结果必须遵循的主要步骤。能够以3D形式执行CFD（计算流体动力学）热分析的软件工具的可用性，使设计人员能够模拟热传递在整个电路中的发生方式，并预先将其定向为最适合特定应用的解决方案。