PCB 在工作过程中会因元器件功耗、铜损产生热量，若热量无法及时散发，会导致局部温度过高，不仅降低元器件寿命（如温度每升高 10℃，半导体器件寿命缩短 50%），还会引发电气参数漂移（如电阻值随温度升高而增大）。热性能优化需通过 “热源控制 - 散热增强 - 温度监测” 三维策略，将 PCB 工作温度控制在安全范围（通常≤85℃），确保设备长期稳定运行。

热源分析是热设计的前提，需明确 PCB 的主要发热元器件及热量分布。根据功耗大小，发热元器件可分为三类：高功耗器件（如 CPU、功率芯片，功耗≥5W）、中功耗器件（如传感器、放大器，功耗 0.5-5W）、低功耗器件（如电阻、电容，功耗≤0.5W）。通过热仿真工具（如 ANSYS Icepak）建立 PCB 热模型，模拟不同工况下的温度分布，识别热点区域（如功率芯片下方 PCB 温度可达 120℃以上），为散热设计提供依据。例如某工业控制 PCB，功率芯片功耗 8W，未优化前芯片下方 PCB 温度达 135℃，经散热优化后降至 78℃，满足设计要求。

铜皮散热设计是最直接的热性能优化手段，通过增大铜皮面积、优化铜皮布局增强热传导。对于高功耗器件，需在其下方设置 “导热铜岛”，铜岛面积不小于器件封装面积的 2 倍（如 QFP48 封装器件，铜岛面积≥10mm×10mm），且铜岛与 PCB 主接地平面通过多个散热过孔（孔径 0.3-0.5mm，间距 1-2mm）连接，将热量传导至接地平面。电源线路采用宽铜皮设计，不仅降低铜损，还能增强散热 —— 例如 12V/5A 电源线路，采用 4mm 宽、2oz 厚铜皮，铜损可控制在 0.5W 以下，温度升高不超过 10℃。此外，在 PCB 空白区域设置 “散热网格铜皮”（网格间距 0.5-1mm），可在不增加 PCB 重量的前提下，提升散热面积 20%-30%。

散热结构优化是高功耗 PCB 的关键补充，包括散热过孔、导热材料及外部散热装置的应用。散热过孔需穿透 PCB 所有接地层，形成 “热通道”，过孔数量根据功耗计算（如每 1W 功耗需设置 2-3 个散热过孔），且过孔内壁需充分镀铜（铜层厚度≥25μm），确保热传导效率。导热材料方面，元器件与 PCB 之间可涂抹导热硅脂（导热系数≥1.5W/m・K），或粘贴导热垫（厚度 0.1-0.5mm，导热系数≥3W/m・K），减少接触热阻（从空气接触的 50℃/W 降至导热材料的 5℃/W 以下）。对于超高温热点（如温度≥100℃），需加装外部散热装置，如散热片（铝制散热片散热面积≥5cm²/W）、散热风扇（风速≥2m/s）或热管（导热系数≥200W/m・K），例如某汽车 PCB 的 IGBT 模块（功耗 15W），加装热管后温度从 140℃降至 82℃。

布局与封装优化可从源头减少热量集中。高功耗器件需分散布局，避免热点叠加 —— 例如两块 8W 功率芯片间距需≥10mm，防止相邻芯片温度相互影响。元器件封装优先选择散热性能好的类型，如功率芯片采用 TO-220、DPAK 封装（散热面积比 SOP 封装大 3-5 倍），或采用裸片封装（如 Flip-Chip），直接通过焊点将热量传导至 PCB。此外，将高功耗器件布局在 PCB 边缘或靠近散热装置的位置，缩短散热路径，例如将电源管理芯片布局在 PCB 边缘，靠近散热风扇，热量可快速排出。

温度监测与保护机制是热性能优化的最后一道防线。在 PCB 热点区域（如功率芯片附近）布局温度传感器（如 NTC 热敏电阻、DS18B20），实时监测温度变化，当温度超过阈值（如 90℃）时，通过 MCU 触发保护措施（如降低器件工作频率、切断部分非关键电路）。例如某服务器 PCB，当 CPU 附近温度达到 95℃时，自动将 CPU 频率从 3.0GHz 降至 2.0GHz，功耗从 15W 降至 8W，温度随之降至 75℃，避免过热损坏。