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MOS管散热设计经验介绍 MOSFET的失效很多都是由于过热导致的，那么在选件选型，电路设计及PCB布局时就要格外注意应用情况和设计余量，确保MOSFET的Tj不会超过其最大值。 MOSFET散热设计一定要注意的几个经验： 数据手册中的热阻值其实没什么用 并不是散热铜箔面积越大，散热效果就会好 在元件正下方设置无电气连接的铜箔对散热也是有帮助的 过孔越多，散热效果不一定越好 元件以外的温度影响不容忽视 1. 数据手册中的热阻值其实没什么用 在数据手册中通常会列出MOSFET 热阻值Rth(j-a)和Rth(j-mb) Rth(j-a): 指器件结点（die）到周围环境的热阻。可以理解为是MOSFET元件本身的固有属性，无法通过外界的措施加以改善； Rth(j-mb): 指器件结点到焊接衬底的热阻。焊接衬底通常定义为焊接到 PCB 的点，也是唯一首要的热传导路径。 但要注意的是，表格中给出的值是有测试条件的，如果不是一样的测试条件，热阻值将会不同。如表格下面的注释中明确提到焊接在FR4类型的PCB上，只有一层铜箔，铜箔表面是镀锡的，并且采用的是标准的焊盘封装。 然而在实际的PCB布局上，基本上都不是只有一层铜箔，也有可能用没有镀锡的OSP材质的PCB，所以数据手册中的数据是绝对不能直接应用在实际产品的温度计算中的，而是要根据实际的电路消耗和PCB布局情况通过仿真或者测量的方式来获得真实可信的温度Tj数据。 2. 并不是散热铜箔面积越大，散热效果就会好 通过下面的仿真模型来看一看散热铜箔面积与元件Tj的关系。 下面的仿真模型为一个MOSFET器件焊接在了尺寸为 40 x 40 mm，FR 4 材质的 PCB 上，元件下面的直接相接触的铜箔为边长x mm的正方形，周围环境温度为20°C。  经过扩大焊盘铜箔的边长，不断地进行Tj的仿真，绘制出下面的曲线。可以看出： 结点温度Tj很大程度上依赖于边长x，或者说是单层铜箔的面积。 但随着铜箔面积的增大，Tj的下降将放缓，增大到一定面积后，Tj将不再受铜箔面积的影响。这也展示了“效果递减法则”的道理。  所以并不是焊盘的铜箔面积越大，元件的散热效果就越好。 3. 在元件正下方设置无电气连接的铜箔对散热也是有帮助的 上面展示了一层PCB板，将散热铜箔面积增加到一定大小之后，散热效果将不再明显。那么这时我们就可以将PCB板变为两层板，并在元件的正下方添加相应的铜箔帮助散热，即使没有电气连接的过孔也是有帮助的。 基于第二部分的仿真模型，在元件的正下方设置面积为25mm x 25mm的铜箔，通过变化顶层焊盘铜箔的面积，发现即使没有电气连接性的铜箔也是对散热是有帮助的。 原因可以理解为热是通过热辐射的方式进行上下层之间的传导的。  通过上面的仿真结果图，当顶层元件密度较高时，可以考虑将顶层铜箔面积从 25 x 25 mm 减小到大约 15 x 15mm，然后在底层添加25mm x 25mm的铜箔，这样就可以保证相同的热性性能（Tj都是56°C左右）。 4. 过孔越多，散热效果不一定越好 一般来讲在器件下方加入过孔可以提升热性能，但我们却很难知道需要加几个过孔才是最佳的方案。添加过孔时要考虑EMC和PCB成本两个方面，做到与散热性能的平衡。 EMC：考虑到EMC向外辐射及信号互相串扰的路径，一般需要PCB中有一层完整的地平面用来屏蔽，但过孔的增加势必会将破坏地平面的整体性。 PCB成本：每一个过孔都是由钻头钻出来的，所以会增加PCB制作的成本。  上面的仿真结果图表明了从器件下面无过孔到器件下面有 20 个过孔，器件的Tj有明显的下降。这清楚表明，热能从 MOSFET 散热片通过过孔传导至第四层，其结果同预料的完全一致。 但也可以发现，尽管在器件下面逐步增加了过孔的个数（由20增加到了77个）却没有导致Tj额外的降温。这是因为我们加入更多的过孔，虽然使得 PCB 板的层与层之间的热传导增加，但同时也减小了可以暴露在空气中与器件接触的第一层 PCB 铜箔的面积。 因此我们并没有看到热性能方面大幅提升。因此结论是通过加入过孔可以提高散热性能，但继续加入过多的过孔，对散热性能不会有明显的提升。 5. 元件以外的温度影响不容忽视 MOSFET结合点温度Tj是由自身发热所产生的温度和环境温度共同组成的。 想办法更好地散热的同时也要注意到元件以外的温度，如： 产品所在的环境温度：一般为客户需求，不能更改。 元件周围是否有其他高功率，大发热量的器件：这会通过热辐射的方式来提升元件周围的温度，造成理论设计计算中考虑不到的失效。 增加空气对流散热方式：产品是否可以加入风扇来加快空气流动，提高散热性能。 MOSFET的散热不光靠焊接衬底，也可以通过管脚来散热，所以增大管脚焊盘的铜箔面积也是有积极效果的。 极限情况下也可以考虑加入散热片来增加散热面积。
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