Plăcile de circuite imprimate servesc ca canale conductoare critice pentru conectarea diferitelor straturi de circuite, iar capacitatea lor de supracurent afectează direct performanța și fiabilitatea întregului sistem de circuite. În special în scenariile de aplicații cu curent ridicat, cum ar fi circuitele de alimentare, circuitele amplificatoare de putere etc., dacă capacitatea de supracurent a căii nu este gestionată corespunzător, poate cauza supraîncălzirea locală, desprinderea îmbinărilor de lipire și chiar arderea plăcii de circuit imprimat, ducând la defecțiunea echipamentului.
1, Factori cheie care afectează-capacitatea de curgere a orificiilor
Diametrul și cantitatea găurilor traversante
Diametrul-găurii traversante joacă un rol decisiv în capacitatea sa de curgere. Conform principiului densității curentului, în aceleași condiții de curent, cu cât diametrul-găurii traversante este mai mare, cu atât aria secțiunii transversale-prin care trece curentul este mai mare și cu atât densitatea curentului este mai mică. De exemplu, într-un modul de putere cu curent mare, folosind diametrul de 0,3 mm și diametrul de 0,5 mm, atunci când trece un curent de 10 A, trece rapid la 140 de grade datorită densității mari de curent, depășind cu mult intervalul de toleranță al materialului FR4 (în general, temperatura de lucru a materialului FR4 este limitată la sub 125 de grade), riscul de defecțiune gravă; Temperatura găurii-de 0,5 mm rămâne stabilă la 85 de grade , încă în intervalul de siguranță. În plus, utilizarea mai multor vias în paralel poate distribui eficient curentul. În cazul unui curent total de 15A, temperatura unui singur 0,5 mm prin poate ajunge până la 130 de grade, apropiindu-se de pragul de pericol. Cu toate acestea, după ce trei conducte de 0,5 mm sunt conectate în paralel, temperatura scade la 75 de grade. Când numărul de canale de 0,5 mm crește la cinci în paralel, temperatura scade și mai mult la 60 de grade, iar stabilitatea sistemului este îmbunătățită semnificativ.
Grosimea placajului cu cupru
Grosimea placajului cu cupru pe peretele interior al via determină conductivitatea acesteia. Grosimile obișnuite de placare cu cupru includ 18 μ m, 25 μ m și specificații mai mari. Luând ca exemplu același diametru de 0,5 mm prin, atunci când trece un curent de 10A, temperatura 18 μm placată cu cupru prin ajunge la 92 grade, temperatura scade la 78 grade când este placată cu 25 μm cupru, iar temperatura 50 μm placată prin cupru este de numai 65 grade. Acest lucru indică faptul că, pe măsură ce grosimea placajului cu cupru crește, rezistența canalului scade, căldura generată atunci când trece curentul scade, iar efectul de disipare a căldurii este îmbunătățit semnificativ, sporind astfel considerabil capacitatea de supracurent a canalului.
numărul de strat al plăcii de circuit imprimat și metoda de conectare din cupru
Numărul de straturi de plăci de circuit imprimat și metoda de conectare între via și stratul interior de cupru vor afecta calea de conducție termică a traversei. În cazul plăcilor cu circuite imprimate cu mai multe-strat, dacă intermitența se poate conecta eficient cu mai multe straturi interioare de cupru, înseamnă că căldura poate fi disipată prin mai multe căi, ceea ce este benefic pentru îmbunătățirea capacității curentului prin intermediul.
Măsuri de disipare a căldurii
Completitudinea măsurilor de disipare a căldurii afectează, de asemenea, în mare măsură capacitatea de supracurent prin-găuri de trecere. Instalarea unei folii de cupru cu disipare a căldurii lângă via poate disipa rapid căldura generată de via și poate reduce temperatura via. Utilizarea canalelor fierbinți este la fel de crucială, deoarece acestea pot direcționa căldura către alte zone de disipare a căldurii ale plăcii de circuit imprimat. În plus, umplerea materialelor de disipare a căldurii, cum ar fi adezivul termoconductor în jurul căii, poate spori eficient efectul de disipare a căldurii.
condiţiile de mediu
Temperatura și fluxul de aer din mediul de lucru au un impact incontestabil asupra capacității-de curgere a găurii. În medii cu temperatură ridicată, dificultatea de disipare a căldurii a căii în sine crește, iar capacitatea sa de supracurent scade în mod corespunzător. De exemplu, la o temperatură ambiantă de 50 de grade, curentul permis prin via este mai mic decât la temperatura camerei de 25 de grade. Un flux bun de aer, cum ar fi răcirea forțată a aerului sau condițiile de convecție naturală, poate accelera disiparea căldurii de suprafață prin via și poate ajuta la îmbunătățirea capacității de flux via. În unele dispozitive electronice de exterior, din cauza schimbărilor mari de temperatură și a condițiilor limitate de ventilație, este necesar să se proiecteze canalele cu mai multă atenție pentru a se adapta la provocările mediilor dure privind capacitatea de supracurent.
2, Metoda de evaluare a capacității-de curgere a găurii
Conform datelor de referință standard
În prezent, deși nu există un standard unificat specific pentru capacitatea de supracurent a vias, datele privind capacitatea de transport de curent a firelor de cupru ale plăcilor de circuit imprimat din standardul IPC-2152 pot fi consultate pentru estimarea preliminară a capacității de supracurent a vias. Acest standard oferă valori de referință pentru capacitatea de transport curent a diferitelor lățimi de linii și grosimi de cupru în condiții specifice de creștere a temperaturii. Cu toate acestea, din cauza diferențelor dintre structurile prin intermediul și firele de cupru obișnuite, aceste date pot fi utilizate doar ca referințe brute și trebuie ajustate în funcție de situații specifice în aplicațiile practice.
testare experimentală
Testarea experimentală este o metodă directă și fiabilă de evaluare a capacității de supracurent prin-găuri. Prin construirea unui circuit de testare real, diferite dimensiuni de curent sunt aplicate orificiilor intermediare, iar senzorii de temperatură sunt utilizați pentru a monitoriza schimbările de temperatură ale orificiilor intermediare în timp real. De exemplu, în experiment, sunt selectate mai multe căi cu aceleași specificații și sunt trecuți curenți diferiți, cum ar fi 1A, 3A, 5A, iar temperaturile corespunzătoare sunt înregistrate. Valoarea curentă la care temperatura atinge limita de toleranță a materialului FR4 este capacitatea maximă de supracurent a conductei în această condiție. Această metodă poate reflecta intuitiv performanța vias în munca practică, dar procesul experimental necesită timp-și laborios și este afectat de factori precum mediul de testare și precizia echipamentului.
Analiza prin simulare termică
Folosind un software profesional de simulare termică, construiți un model termic tri-dimensional al circuitelor de circuit imprimat, pentru a simula distribuția temperaturii canalelor sub diferite sarcini de curent. În modelul de simulare, parametri precum diametrul, grosimea placajului cu cupru, numărul stratului plăcii de circuit imprimat și condițiile de disipare a căldurii pot fi setați cu precizie. Prin modificarea acestor parametri, pot fi observate schimbările de temperatură prin intermediul pentru a evalua capacitatea de supracurent prin intermediul. Prin compararea temperaturii de 0,3 mm, 0,5 mm și 0,8 mm cu diametrul vias sub 10A curent prin simulare, este clar că există diferențe în capacitatea de supracurent a vias cu diferite diametre. Analiza de simulare termică este eficientă și poate lua în considerare mai mulți factori, oferind o bază solidă pentru optimizare prin proiectare. Cu toate acestea, acuratețea rezultatelor simulării depinde de raționalitatea setărilor parametrilor modelului.
3, Strategia de optimizare a proiectării pentru creșterea capacității de curgere a găurilor traversante
Optimizați prin dimensiune și aspect
În faza de proiectare, se recomandă utilizarea pe cât posibil a canalelor cu diametru mai mare, de preferință mai mare sau egală cu 0,5 mm, pentru a reduce densitatea de curent și a minimiza generarea de căldură. Pentru aplicații cu curent ridicat, mai multe căi trebuie conectate în paralel. Pentru curenți mai mari de 5 A, se recomandă utilizarea mai mare sau egală cu 3 0.5mm vias. În același timp, planificați în mod rezonabil dispunerea căilor pentru a evita concentrarea excesivă a căilor și pentru a preveni acumularea excesivă de căldură în zonele locale. De exemplu, conexiunea prin intermediul dintre planul de putere și planul de masă, cu canale distribuite uniform, poate echilibra eficient curentul și poate îmbunătăți capacitatea generală de supracurent.
Creșteți grosimea placajului cu cupru
Dacă procesul de fabricație a plăcilor de circuit imprimat permite, creșterea grosimii de placare cu cupru pe peretele interior al conductei la 25 μm sau mai mult poate reduce semnificativ rezistența termică a transmisiei și poate spori capacitatea acesteia de supracurent. De exemplu, într-o placă de bază de server care necesită o stabilitate de putere extrem de mare, grosimea placajului cu cupru pe găurile de trecere a fost crescută de la 18 μm la 35 μm. După testare, temperatura orificiilor de trecere a fost redusă semnificativ la sarcini de curent ridicate, iar stabilitatea sistemului a fost mult îmbunătățită.
Design îmbunătățit de disipare a căldurii
Așezați o suprafață mare de folie de cupru cu disipare a căldurii în jurul traversei și asigurați o conexiune bună între via și folia de cupru cu disipare a căldurii, oferind o cale de conducție eficientă pentru căldură. Aranjați în mod rezonabil căile termice pentru a dispersa căldura în alte zone de disipare a căldurii ale plăcii de circuit imprimat. În plus, acoperirea materialelor de disipare a căldurii, cum ar fi vopseaua termoconductoare, pe suprafața canalului, îmbunătățește și mai mult efectul de disipare a căldurii. În cazul dispozitivelor electronice de mare-putere, cum ar fi designul plăcii de circuit imprimat al convertoarelor de frecvență industriale, aceste măsuri de disipare a căldurii pot îmbunătăți în mod eficient fiabilitatea funcționării prin intermediul în medii cu curent ridicat.
Ajustați în funcție de scenariile reale de aplicare
Luați în considerare pe deplin mediul de utilizare real al plăcii de circuit imprimat, cum ar fi temperatura de lucru, umiditatea, condițiile de ventilație etc. și optimizați designul-găurii traversante în consecință. În medii cu temperatură ridicată, creșteți în mod corespunzător dimensiunea sau numărul de orificii interioare; În medii umede, întăriți măsurile de protecție pentru orificiile traversante pentru a preveni scăderea capacității de supracurent din cauza coroziunii.