trykte kretskortvias fungerer som kritiske ledende kanaler for å koble sammen forskjellige lag med kretser, og deres overstrømsevne påvirker direkte ytelsen og påliteligheten til hele kretssystemet. Spesielt i bruksscenarier med høy strøm, for eksempel strømkretser, effektforsterkerkretser, etc., hvis overstrømskapasiteten til viaen ikke håndteres riktig, kan det føre til lokal overoppheting, loddeforbindelsesløsning og til og med brenne det trykte kretskortet, noe som kan føre til utstyrsfeil.
1, nøkkelfaktorer som påvirker strømningskapasiteten gjennom-hull
Diameter og mengde gjennomgående hull
Diameteren på det gjennomgående-hullet spiller en avgjørende rolle for strømningskapasiteten. I henhold til prinsippet om strømtetthet, under de samme strømforholdene, jo større gjennomgående-hulldiameter, jo større tverrsnittsareal som strøm passerer gjennom, og jo lavere strømtetthet. For eksempel, i en kraftmodul med høy strøm, som bruker 0,3 mm diameter via og 0,5 mm diameter via, når den passerer 10A-strøm, stiger 0,3 mm via raskt til 140 grader på grunn av den høye strømtettheten, som langt overskrider toleranseområdet for FR4-materiale (vanligvis er FR4-materialets arbeidstemperatur begrenset til under 125 graders risiko for alvorlig svikt); Temperaturen på 0,5 mm gjennomgående-hull forblir stabil på 85 grader, fortsatt innenfor det sikre området. I tillegg kan bruk av flere vias parallelt effektivt fordele strømmen. I tilfellet med en total strøm på 15A, kan temperaturen på en enkelt 0,5 mm via nå opp til 130 grader, og nærme seg fareterskelen. Men etter at tre 0,5 mm vias er koblet parallelt, synker temperaturen til 75 grader. Når antallet 0,5 mm vias økes til fem parallelt, synker temperaturen ytterligere til 60 grader, og systemets stabilitet er betydelig forbedret.
Kobberbeleggtykkelse
Tykkelsen av kobberbelegget på den indre veggen av viaen bestemmer dens ledningsevne. Vanlige kobberbeleggtykkelser inkluderer 18 μm, 25 μm og høyere spesifikasjoner. Ved å ta den samme diameteren 0,5 mm via som eksempel, når den passerer 10A-strøm, når temperaturen på den 18 μm kobberbelagte via 92 grader, temperaturen synker til 78 grader når den er belagt med 25 μm kobber, og temperaturen på den 50 μm kobberbelagte via er bare 65 grader. Dette indikerer at når tykkelsen på kobberbelegget øker, reduseres motstanden til viaen, varmen som genereres når strømmen går gjennom avtar, og varmespredningseffekten forbedres betydelig, og forbedrer derved overstrømsevnen til viaen.
kretskortlagnummer og kobbertilkoblingsmetode
Antall kretskortlag og koblingsmetoden mellom via og det indre kobberlaget vil påvirke den termiske ledningsbanen til viaen. I flerlags trykte kretskort, hvis via effektivt kan kobles til flere indre kobberlag, betyr det at varme kan spres gjennom flere baner, noe som er fordelaktig for å forbedre viastrømkapasiteten.
Tiltak for varmespredning
Fullstendigheten til varmespredningstiltakene påvirker også den gjennomgående-overstrømskapasiteten i stor grad. Ved å sette opp varmeavlednings-kobberfolie i nærheten av via kan du raskt spre varmen som genereres av via-en og redusere via-temperaturen. Bruken av varme vias er like viktig ettersom de kan lede varme til andre varmeavledningsområder på kretskortet. I tillegg kan fylling av varmeavledningsmaterialer som termisk ledende lim rundt viasen effektivt forbedre varmeavledningseffekten.
miljøforhold
Temperaturen og luftstrømmen i arbeidsmiljøet har en ubestridelig innvirkning på strømningskapasiteten gjennom-hullet. I miljøer med høye temperaturer øker varmeavledningsvanskeligheten til selve viaen, og dens overstrømskapasitet reduseres tilsvarende. For eksempel, ved en omgivelsestemperatur på 50 grader, er strømmen som tillates gjennom viasen lavere enn ved romtemperatur på 25 grader. God luftstrøm, som forsert luftkjøling eller naturlige konveksjonsforhold, kan akselerere spredningen av overflatevarme gjennom viasen og bidra til å forbedre viastrømningskapasiteten. I noen utendørs elektroniske enheter, på grunn av de store temperaturendringer og begrensede ventilasjonsforhold, er det nødvendig å designe vias mer nøye for å tilpasse seg utfordringene i tøffe miljøer med overstrømskapasitet.
2, Evalueringsmetode for strømningskapasitet gjennom-hull
I henhold til standard referansedata
For øyeblikket, selv om det ikke er noen enhetlig standard spesifikt for overstrømskapasiteten til vias, kan data om gjeldende bærekapasitet til kretskorts kobberledninger i IPC-2152-standarden refereres til for foreløpig estimering av overstrømskapasiteten til vias. Denne standarden gir referanseverdier for gjeldende bæreevne for forskjellige linjebredder og kobbertykkelser under spesifikke temperaturøkningsforhold. Men på grunn av forskjellene mellom viastrukturer og vanlige kobbertråder, kan disse dataene kun brukes som grove referanser, og må justeres i henhold til spesifikke situasjoner i praktiske applikasjoner.
eksperimentell testing
Eksperimentell testing er en direkte og pålitelig metode for å evaluere gjennom{0}}hulls overstrømkapasitet. Ved å bygge en faktisk testkrets tilføres forskjellige størrelser av strøm til via-hullene, og temperatursensorer brukes til å overvåke temperaturendringene til via-hullene i sanntid. For eksempel, i eksperimentet, velges flere vias med samme spesifikasjoner og forskjellige strømmer som 1A, 3A, 5A passeres gjennom, og de tilsvarende temperaturene registreres. Den gjeldende verdien der temperaturen når toleransegrensen for FR4-materiale er den maksimale overstrømkapasiteten til via under denne tilstanden. Denne metoden kan intuitivt gjenspeile ytelsen til vias i praktisk arbeid, men den eksperimentelle prosessen er tidkrevende-og arbeidskrevende, og påvirkes av faktorer som testmiljø og utstyrsnøyaktighet.
Termisk simuleringsanalyse
Ved hjelp av profesjonell termisk simuleringsprogramvare, konstruer en tre-dimensjonal termisk modell av kretskortvias for å simulere temperaturfordelingen til vias under forskjellige strømbelastninger. I simuleringsmodellen kan parametere som viadiameter, kobberbeleggtykkelse, lagnummer for kretskort og varmespredningsforhold stilles inn nøyaktig. Ved å endre disse parameterne kan via-temperaturendringene observeres for å evaluere via-overstrømsevnen. Ved å sammenligne temperaturen på 0,3 mm, 0,5 mm og 0,8 mm diameter vias under 10A strøm gjennom simulering, er det tydelig at det er forskjeller i overstrømskapasiteten til vias med forskjellige diametre. Termisk simuleringsanalyse er effektiv og kan vurdere flere faktorer omfattende, og gir et sterkt grunnlag for å optimalisere via design. Nøyaktigheten til simuleringsresultatene avhenger imidlertid av rasjonaliteten til modellparameterinnstillingene.
3, Designoptimaliseringsstrategi for å forbedre strømningskapasiteten til gjennomgående hull
Optimaliser via størrelse og layout
I designfasen anbefales det å bruke vias med større diameter så mye som mulig, fortrinnsvis større enn eller lik 0,5 mm, for å redusere strømtettheten og minimere varmeutvikling. For høystrømsapplikasjoner bør flere vias kobles parallelt. For strømmer større enn 5A, anbefales det å bruke større enn eller lik 3 0.5mm vias. Planlegg samtidig utformingen av vias rimelig for å unngå overdreven konsentrasjon av vias og forhindre overdreven varmeakkumulering i lokale områder. For eksempel kan viaforbindelsen mellom kraftplanet og jordplanet, med jevnt fordelte vias, effektivt balansere strømmen og forbedre den totale overstrømskapasiteten.
Øk tykkelsen på kobberbelegget
Hvis produksjonsprosessen for trykte kretskort tillater det, kan økning av kobberbeleggtykkelsen på den indre veggen av via-en til 25 μm eller mer redusere den termiske via-motstanden betydelig og forbedre dens overstrømsevne. For eksempel, i et serverhovedkort som krever ekstremt høy strømstabilitet, ble tykkelsen på kobberbelegget på via-hullene økt fra 18 μm til 35 μm. Etter testing ble temperaturen på gjennomgangshullene betydelig redusert under høye strømbelastninger, og systemets stabilitet ble kraftig forbedret.
Forbedret varmeavledningsdesign
Legg et stort område med varmeavlednings-kobberfolie rundt viaen og sørg for en god forbindelse mellom via-en og varmeavlednings-kobberfolien, og gir en effektiv ledningsvei for varme. Ordne termiske viaer med rimelighet for å spre varme til andre varmeavledningsområder på kretskortet. I tillegg forsterker belegg av varmeavledningsmaterialer som termisk ledende maling på overflaten av gjennomgangen varmeavledningseffekten ytterligere. I høy-elektroniske enheter, for eksempel kretskortdesignet til industrielle frekvensomformere, kan disse varmespredningstiltakene effektivt forbedre påliteligheten til via-drift i miljøer med høy strøm.
Juster i henhold til faktiske bruksscenarier
Vurder fullt ut det faktiske bruksmiljøet til trykte kretskort, for eksempel arbeidstemperatur, fuktighet, ventilasjonsforhold osv., og optimaliser utformingen av gjennomgående-hull deretter. I miljøer med høye temperaturer, øk størrelsen eller antallet gjennomgangshull på passende måte; I fuktige miljøer, styrk beskyttelsestiltak for gjennomgående hull for å forhindre reduksjon i overstrømskapasitet på grunn av korrosjon.