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失去了模塊內的直接傳導熱路徑，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境損失熱量。例如，拋光鋁材料不僅內部表面和PCB之間的輻射傳熱較差，而且外表面和當地環境之間的輻射傳熱也較差。

5.3.5小結: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，而拋光鋁的結果是更高的——特別是對于較大的y-gap；

l 外殼的導熱系數和發射率也會影響通過外殼以及外殼外表面到周圍環境的熱路徑。

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