Via's op printplaten dienen als kritische geleidende kanalen voor het verbinden van verschillende lagen van circuits, en hun overstroomvermogen heeft rechtstreeks invloed op de prestaties en betrouwbaarheid van het hele circuitsysteem. Vooral in toepassingsscenario's met een hoge stroomsterkte, zoals stroomcircuits, eindversterkercircuits, etc., kan het overstroomvermogen van de via niet goed worden afgehandeld, waardoor lokale oververhitting, het losraken van de soldeerverbinding en zelfs het verbranden van de printplaat kunnen ontstaan, wat kan leiden tot uitval van de apparatuur.
1. Belangrijke factoren die de stroomcapaciteit door-gaten beïnvloeden
Diameter en aantal doorlopende gaten
De diameter van het doorvoer-gat speelt een beslissende rol in de stroomcapaciteit. Volgens het principe van stroomdichtheid geldt dat, onder dezelfde stroomomstandigheden, hoe groter de diameter van het doorgaande-gat, hoe groter het dwars-doorsnedeoppervlak waardoor de stroom passeert, en hoe lager de stroomdichtheid. In een voedingsmodule met hoge stroomsterkte, die bijvoorbeeld een via met een diameter van 0,3 mm en een via met een diameter van 0,5 mm gebruikt, stijgt de 0,3 mm via bij het passeren van een stroom van 10 A snel tot 140 graden vanwege de hoge stroomdichtheid, wat het tolerantiebereik van FR4-materiaal ver overschrijdt (over het algemeen is de werktemperatuur van het FR4-materiaal beperkt tot minder dan 125 graden), wat een ernstig risico op thermisch falen met zich meebrengt; De temperatuur van het doorgaande-gat van 0,5 mm blijft stabiel op 85 graden, nog steeds binnen het veilige bereik. Bovendien kan het parallel gebruiken van meerdere via's de stroom effectief verdelen. In het geval van een totale stroom van 15A kan de temperatuur van een enkele 0,5 mm-via oplopen tot 130 graden, waardoor de gevaarsdrempel wordt benaderd. Nadat echter drie 0,5 mm-via's parallel zijn aangesloten, daalt de temperatuur tot 75 graden. Wanneer het aantal 0,5 mm-via's parallel wordt verhoogd tot vijf, daalt de temperatuur verder tot 60 graden en wordt de systeemstabiliteit aanzienlijk verbeterd.
Dikte koperlaag
De dikte van de koperlaag op de binnenwand van de via bepaalt de geleidbaarheid ervan. Gangbare koperplaatdiktes omvatten 18 μm, 25 μm en hogere specificaties. Als we bijvoorbeeld dezelfde diameter van 0,5 mm nemen, bereikt bij het passeren van 10A stroom de temperatuur van de 18 μm koperen via 92 graden, de temperatuur daalt tot 78 graden als ze zijn geplateerd met 25 μm koper, en de temperatuur van de 50 μm koperen via is slechts 65 graden. Dit geeft aan dat naarmate de dikte van de koperbekleding toeneemt, de weerstand van de via afneemt, de warmte die wordt gegenereerd wanneer er stroom doorheen gaat afneemt en het warmtedissipatie-effect aanzienlijk wordt verbeterd, waardoor het overstroomvermogen van de via aanzienlijk wordt verbeterd.
laagnummer van de printplaat en koperverbindingsmethode
Het aantal printplaatlagen en de verbindingsmethode tussen de via en de binnenste koperlaag zullen het thermische geleidingspad van de via beïnvloeden. Als de via -laags printplaten effectief verbinding kan maken met meerdere binnenste koperlagen, betekent dit dat warmte via meer paden kan worden afgevoerd, wat gunstig is voor het verbeteren van de huidige capaciteit van de via.
Maatregelen voor warmteafvoer
De volledigheid van de maatregelen voor warmteafvoer heeft ook een grote invloed op het overstroomvermogen door- het gat. Door warmteafvoerende koperfolie in de buurt van de via aan te brengen, kan de door de via gegenereerde warmte snel worden afgevoerd en de temperatuur van de via worden verlaagd. Het gebruik van hete via's is net zo cruciaal omdat ze warmte naar andere warmtedissipatiegebieden van de printplaat kunnen leiden. Bovendien kan het vullen van warmtedissipatiematerialen zoals thermisch geleidende lijm rond de via het warmtedissipatie-effect effectief verbeteren.
omgevingsomstandigheden
De temperatuur en luchtstroom in de werkomgeving hebben een onmiskenbare invloed op de doorstroomcapaciteit-van de gaten. In omgevingen met hoge temperaturen neemt de moeilijkheidsgraad van de warmteafvoer van de via zelf toe, en neemt de overstroomcapaciteit dienovereenkomstig af. Bij een omgevingstemperatuur van 50 graden is de stroom die door de via wordt toegelaten bijvoorbeeld lager dan bij een kamertemperatuur van 25 graden. Een goede luchtstroom, zoals geforceerde luchtkoeling of natuurlijke convectieomstandigheden, kan de afvoer van oppervlaktewarmte door de via versnellen en de doorstroomcapaciteit helpen verbeteren. Bij sommige elektronische apparaten voor buitenshuis is het vanwege de grote temperatuurschommelingen en de beperkte ventilatieomstandigheden noodzakelijk om via's zorgvuldiger te ontwerpen om zich aan te passen aan de uitdagingen van zware omgevingen met betrekking tot overstroomcapaciteit.
2, Evaluatiemethode voor doorstroomcapaciteit-door het gat
Volgens standaard referentiegegevens
Hoewel er momenteel geen uniforme standaard bestaat specifiek voor de overstroomcapaciteit van via's, kunnen de gegevens over de stroomdraagcapaciteit van koperdraden van printplaten in de IPC-2152-standaard worden geraadpleegd voor een voorlopige schatting van de overstroomcapaciteit van via's. Deze norm biedt referentiewaarden voor de stroomdraagcapaciteit van verschillende lijnbreedtes en koperdiktes onder specifieke temperatuurstijgingsomstandigheden. Vanwege de verschillen tussen via-structuren en gewone koperdraden kunnen deze gegevens echter alleen worden gebruikt als ruwe referenties en moeten ze worden aangepast aan specifieke situaties in praktische toepassingen.
experimentele testen
Experimenteel testen is een directe en betrouwbare methode voor het evalueren van de overstroomcapaciteit door -gaten. Door een daadwerkelijk testcircuit te bouwen, worden er verschillende stroomgroottes op de via-gaten toegepast, en worden temperatuursensoren gebruikt om de temperatuurveranderingen van de via-gaten in realtime te volgen. In het experiment worden bijvoorbeeld meerdere via's met dezelfde specificaties geselecteerd en worden verschillende stromen, zoals respectievelijk 1A, 3A, 5A, doorgelaten, en worden de overeenkomstige temperaturen geregistreerd. De huidige waarde waarbij de temperatuur de tolerantielimiet van FR4-materiaal bereikt, is de maximale overstroomcapaciteit van de via onder deze omstandigheden. Deze methode kan intuïtief de prestaties van via's in de praktijk weerspiegelen, maar het experimentele proces is tijd-rovend en arbeidsintensief, en wordt beïnvloed door factoren zoals de testomgeving en de nauwkeurigheid van de apparatuur.
Thermische simulatieanalyse
Maak met behulp van professionele thermische simulatiesoftware een drie-dimensionaal thermisch model van via's op printplaten om de temperatuurverdeling van via's onder verschillende stroombelastingen te simuleren. In het simulatiemodel kunnen parameters zoals via-diameter, dikte van de koperlaag, aantal lagen van de printplaat en omstandigheden voor warmtedissipatie nauwkeurig worden ingesteld. Door deze parameters te wijzigen, kunnen de temperatuurveranderingen van de via worden waargenomen om de overstroomcapaciteit van de via te evalueren. Door de temperatuur van via's met een diameter van 0,3 mm, 0,5 mm en 0,8 mm te vergelijken met een stroomsterkte van 10 A door middel van simulatie, wordt het duidelijk dat er verschillen zijn in de overstroomcapaciteit van via's met verschillende diameters. Thermische simulatieanalyse is efficiënt en kan uitgebreid rekening houden met meerdere factoren, wat een sterke basis biedt voor optimalisatie via ontwerp. De nauwkeurigheid van simulatieresultaten hangt echter af van de rationaliteit van de modelparameterinstellingen.
3, Ontwerpoptimalisatiestrategie voor het verbeteren van de stroomcapaciteit van doorlopende gaten
Optimaliseer via grootte en lay-out
In de ontwerpfase wordt aanbevolen om zoveel mogelijk via's met een grotere diameter te gebruiken, bij voorkeur groter dan of gelijk aan 0,5 mm, om de stroomdichtheid te verminderen en de warmteontwikkeling te minimaliseren. Voor toepassingen met hoge stroomsterkte moeten meerdere via's parallel worden aangesloten. Voor stromen groter dan 5A wordt aanbevolen om via's groter dan of gelijk aan 3 0.5mm te gebruiken. Plan tegelijkertijd de indeling van via's op een redelijke manier om overmatige concentratie van via's te voorkomen en overmatige warmteaccumulatie in lokale gebieden te voorkomen. De via-verbinding tussen het stroomvlak en het grondvlak, met gelijkmatig verdeelde via's, kan bijvoorbeeld de stroom effectief in evenwicht brengen en het algehele overstroomvermogen verbeteren.
Vergroot de dikte van de koperbeplating
Als het productieproces van de printplaat dit toelaat, kan het vergroten van de koperlaagdikte op de binnenwand van de via tot 25 μm of meer de thermische weerstand van de via aanzienlijk verminderen en het overstroomvermogen vergroten. In een servermoederbord dat een extreem hoge stroomstabiliteit vereist, werd de dikte van de koperlaag op de via-gaten bijvoorbeeld vergroot van 18 μm naar 35 μm. Na het testen werd de temperatuur van de via-gaten aanzienlijk verlaagd onder hoge stroombelastingen, en werd de systeemstabiliteit aanzienlijk verbeterd.
Verbeterd ontwerp voor warmteafvoer
Leg een groot oppervlak koperfolie voor warmteafvoer rond de via en zorg voor een goede verbinding tussen de via en de koperfolie voor warmteafvoer, waardoor een efficiënt geleidingspad voor warmte ontstaat. Plaats op redelijke wijze thermische via's om warmte naar andere warmtedissipatiegebieden van de printplaat te verspreiden. Bovendien verbetert het coaten van warmtedissipatiematerialen zoals warmtegeleidende verf op het oppervlak van de via het warmtedissipatie-effect verder. In elektronische apparaten met hoog-vermogen, zoals het printplaatontwerp van industriële frequentieomvormers, kunnen deze warmtedissipatiemaatregelen de betrouwbaarheid van via-werking in omgevingen met hoge stroomsterkte effectief verbeteren.
Pas aan volgens daadwerkelijke toepassingsscenario's
Houd volledig rekening met de daadwerkelijke gebruiksomgeving van de printplaat, zoals werktemperatuur, vochtigheid, ventilatieomstandigheden, enz., en optimaliseer het ontwerp voor de doorvoer-dienovereenkomstig. In omgevingen met hoge temperaturen dient u de grootte of het aantal via-gaten op passende wijze te vergroten; In vochtige omgevingen moeten de beschermende maatregelen voor doorlopende gaten worden versterkt om een afname van de overstroomcapaciteit als gevolg van corrosie te voorkomen.