kretskortsvias fungerar som kritiska ledande kanaler för att ansluta olika lager av kretsar, och deras överströmsförmåga påverkar direkt prestandan och tillförlitligheten hos hela kretssystemet. Speciellt i scenarier för applikationer med hög ström, såsom strömkretsar, effektförstärkarkretsar, etc., om överströmskapaciteten hos vian inte hanteras på rätt sätt, kan det orsaka lokal överhettning, lödfoglossning och till och med bränna kretskortet, vilket leder till utrustningsfel.
1, Nyckelfaktorer som påverkar genom-flödeskapaciteten
Diameter och antal genomgående hål
Diametern på det genomgående-hålet spelar en avgörande roll för dess flödeskapacitet. Enligt principen om strömtäthet, under samma strömförhållanden, desto större genomgående-håldiameter, desto större tvärsnittsarea genom vilken ström passerar, och desto lägre strömtäthet. Till exempel, i en kraftmodul med hög ström, som använder 0,3 mm diameter via och 0,5 mm diameter via, när den passerar 10A-ström, stiger 0,3 mm via snabbt till 140 grader på grund av den höga strömtätheten, vilket vida överskrider toleransintervallet för FR4-material (vanligtvis är FR4-materialets arbetstemperatur begränsad till under 125 graders risk för allvarligt fel); Temperaturen på 0,5 mm genomgående-hål förblir stabil vid 85 grader, fortfarande inom det säkra intervallet. Dessutom kan användning av flera vias parallellt effektivt fördela strömmen. I fallet med en total ström på 15A, kan temperaturen på en enda 0,5 mm via nå upp till 130 grader och närma sig risktröskeln. Men efter att tre 0,5 mm vias är parallellkopplade sjunker temperaturen till 75 grader . När antalet 0,5 mm vias ökas till fem parallellt, sjunker temperaturen ytterligare till 60 grader och systemets stabilitet förbättras avsevärt.
Kopparplätering tjocklek
Tjockleken av kopparplätering på den inre väggen av via bestämmer dess ledningsförmåga. Vanliga kopparpläteringar inkluderar 18 μm, 25 μm och högre specifikationer. Med samma diameter 0,5 mm via som ett exempel, när den passerar 10A ström, når temperaturen på den 18 μm kopparpläterade via 92 grader, temperaturen sjunker till 78 grader när den pläteras med 25 μm koppar, och temperaturen på den 50 μm kopparpläterade via är bara 65 grader. Detta indikerar att när tjockleken på kopparplätering ökar, minskar motståndet i vian, värmen som genereras när ström passerar genom minskar och värmeavledningseffekten förbättras avsevärt, vilket avsevärt förbättrar viaens överströmsförmåga.
kretskortsskiktnummer och kopparanslutningsmetod
Antalet kretskortsskikt och anslutningsmetoden mellan vian och det inre kopparskiktet kommer att påverka viaens värmeledningsbana. I fler-tryckta kretskort, om via effektivt kan ansluta till flera inre kopparlager, betyder det att värme kan avledas genom fler banor, vilket är fördelaktigt för att förbättra viaströmkapaciteten.
Åtgärder för värmeavledning
Fullständigheten hos värmeavledningsåtgärderna påverkar också kraftigt den genomgående-överströmskapaciteten. Att sätta upp värmeavledande kopparfolie nära via kan snabbt avleda värmen som genereras av via och minska via-temperaturen. Användningen av heta vias är lika avgörande eftersom de kan leda värme till andra värmeavledningsområden på kretskortet. Dessutom kan fyllning av värmeavledningsmaterial, såsom värmeledande lim runt genomgången, effektivt förbättra värmeavledningseffekten.
miljöförhållanden
Temperaturen och luftflödet i arbetsmiljön har en obestridlig inverkan på flödeskapaciteten genom-hålet. I miljöer med hög temperatur ökar värmeavledningssvårigheten för själva vian, och dess överströmskapacitet minskar på motsvarande sätt. Till exempel, vid en omgivningstemperatur på 50 grader, är strömmen som tillåts genom genomgången lägre än vid rumstemperatur på 25 grader. Bra luftflöde, såsom forcerad luftkylning eller naturliga konvektionsförhållanden, kan påskynda avledningen av ytvärme genom via-kanalen och bidra till att förbättra via-flödeskapaciteten. I vissa elektroniska utomhusapparater är det, på grund av de stora temperaturförändringarna och begränsade ventilationsförhållandena, nödvändigt att designa vias mer noggrant för att anpassa sig till utmaningarna i tuffa miljöer med överströmskapacitet.
2, Utvärderingsmetod för genomgående-flödeskapacitet
Enligt standardreferensdata
För närvarande, även om det inte finns någon enhetlig standard specifikt för överströmskapaciteten hos vias, kan data om strömbärkapaciteten för kretskorts koppartrådar i IPC-2152-standarden hänvisas till för preliminära uppskattningar av överströmskapaciteten för vias. Denna standard tillhandahåller referensvärden för den aktuella bärförmågan för olika linjebredder och koppartjocklekar under specifika temperaturökningsförhållanden. Men på grund av skillnaderna mellan viastrukturer och vanliga koppartrådar kan dessa data endast användas som grova referenser och behöver justeras efter specifika situationer i praktiska tillämpningar.
experimentell testning
Experimentell testning är en direkt och tillförlitlig metod för att utvärdera överströmskapacitet genom-hål. Genom att bygga en faktisk testkrets appliceras olika storlekar av ström till via-hålen och temperatursensorer används för att övervaka temperaturförändringarna i via-hålen i realtid. Till exempel, i experimentet, väljs flera vias med samma specifikationer och olika strömmar som 1A, 3A, 5A passeras igenom, och motsvarande temperaturer registreras. Det aktuella värdet vid vilket temperaturen når toleransgränsen för FR4-material är den maximala överströmskapaciteten för via under detta tillstånd. Den här metoden kan intuitivt återspegla prestandan för vias i praktiskt arbete, men den experimentella processen är-tidskrävande och mödosam och påverkas av faktorer som testmiljö och utrustningsnoggrannhet.
Termisk simuleringsanalys
Med hjälp av professionell termisk simuleringsprogramvara, konstruera en tre-dimensionell termisk modell av kretskortsvias för att simulera temperaturfördelningen av vias under olika strömbelastningar. I simuleringsmodellen kan parametrar som via diameter, kopparplätering tjocklek, antal tryckta kretskorts lager och värmeavledningsförhållanden ställas in exakt. Genom att ändra dessa parametrar kan via temperaturförändringarna observeras för att utvärdera via överströmsförmågan. Genom att jämföra temperaturen på 0,3 mm, 0,5 mm och 0,8 mm diameter vias under 10A ström genom simulering, är det tydligt att det finns skillnader i överströmskapaciteten för vias med olika diametrar. Termisk simuleringsanalys är effektiv och kan heltäckande beakta flera faktorer, vilket ger en stark grund för optimering via design. Men exaktheten i simuleringsresultaten beror på rationaliteten i modellparameterinställningarna.
3, Designoptimeringsstrategi för att förbättra flödeskapaciteten hos genomgående hål
Optimera via storlek och layout
I designfasen rekommenderas det att använda vias med större diameter så mycket som möjligt, helst större än eller lika med 0,5 mm, för att minska strömtätheten och minimera värmeutvecklingen. För högströmstillämpningar bör flera vias anslutas parallellt. För strömmar större än 5A, rekommenderas att använda större än eller lika med 3 0.5mm vias. Planera samtidigt utformningen av vior på ett rimligt sätt för att undvika överdriven koncentration av vior och förhindra överdriven värmeackumulering i lokala områden. Till exempel kan via-förbindelsen mellan kraftplanet och jordplanet, med jämnt fördelade vias, effektivt balansera strömmen och förbättra den totala överströmskapaciteten.
Öka tjockleken på kopparplätering
Om tillverkningsprocessen för tryckta kretskort tillåter, kan en ökning av kopparpläteringstjockleken på vians innervägg till 25 μm eller mer minska den termiska resistansen via via och förbättra dess överströmsförmåga. Till exempel, i ett servermoderkort som kräver extremt hög strömstabilitet, ökades tjockleken på kopparplätering på via-hålen från 18 μm till 35 μm. Efter testning reducerades temperaturen på genomgångshålen avsevärt under höga strömbelastningar, och systemets stabilitet förbättrades avsevärt.
Förbättrad värmeavledningsdesign
Lägg en stor yta av värmeavledningskopparfolie runt genomgången och säkerställ en god förbindelse mellan genomgången och värmeavledningskopparfolien, vilket ger en effektiv ledningsväg för värme. Anordna termiska vias för att sprida värme till andra värmeavledningsområden på kretskortet. Dessutom förstärker beläggning av värmeavledningsmaterial såsom värmeledande färg på ytan av genomgången värmeavledningseffekten ytterligare. I hög-elektroniska enheter, som kretskortsdesignen hos industriella frekvensomvandlare, kan dessa värmeavledningsåtgärder effektivt förbättra tillförlitligheten för via-drift i miljöer med hög ström.
Justera enligt faktiska tillämpningsscenarier
Tänk fullständigt på den faktiska användningsmiljön för kretskort, såsom arbetstemperatur, luftfuktighet, ventilationsförhållanden, etc., och optimera den genomgående-håldesignen därefter. I miljöer med hög temperatur, öka lämpligen storleken eller antalet viahål; Förstärk skyddsåtgärder för genomgående hål i fuktiga miljöer för att förhindra en minskning av överströmskapaciteten på grund av korrosion.