Перехідні отвори друкованої плати служать важливими провідними каналами для з’єднання різних шарів схем, і їх здатність до перевантаження по струму безпосередньо впливає на продуктивність і надійність усієї схемної системи. Особливо у сценаріях застосування з високим струмом, таких як ланцюги живлення, схеми підсилювача потужності тощо, якщо перевантаження по струму перехідного отвору не обробляється належним чином, це може спричинити локальний перегрів, від’єднання паяного з’єднання та навіть опік друкованої плати, що призведе до поломки обладнання.
1. Ключові фактори, що впливають на -потужність потоку через отвір
Діаметр і кількість наскрізних отворів
Діаметр наскрізного-отвору відіграє вирішальну роль у його пропускній здатності. Відповідно до принципу густини струму, за однакових умов струму, чим більший діаметр-отвору, тим більша площа поперечного-перерізу, через який проходить струм, і тим менша густина струму. Наприклад, у силовому модулі сильного струму, використовуючи прохідний отвір діаметром 0,3 мм і діаметром 0,5 мм, при пропусканні струму 10 А, прохідний отвір 0,3 мм швидко зростає до 140 градусів через високу щільність струму, що значно перевищує допустимий діапазон матеріалу FR4 (зазвичай робоча температура матеріалу FR4 обмежена нижче 125 градусів), створюючи серйозний ризик термічної відмови; Температура наскрізного отвору 0,5 мм-залишається стабільною на рівні 85 градусів, все ще в межах безпечного діапазону. Крім того, паралельне використання декількох отворів може ефективно розподіляти струм. У разі загального струму 15 А температура окремого отвору 0,5 мм може досягати 130 градусів, наближаючись до порогу небезпеки. Однак після паралельного підключення трьох отворів діаметром 0,5 мм температура падає до 75 градусів. Коли кількість паралельних отворів 0,5 мм збільшується до п’яти, температура далі падає до 60 градусів, і стабільність системи значно покращується.
Товщина обміднення
Товщина мідного покриття на внутрішній стінці отвору визначає його провідність. Загальна товщина мідного покриття включає 18 мкм, 25 мкм і вище. Взявши для прикладу той самий діаметр 0,5 мм, при проходженні струму 10 А температура 18 мкм мідного отвору досягає 92 градусів, температура падає до 78 градусів, коли він покритий міддю 25 мкм, а температура 50 мкм мідного отвору становить лише 65 градусів. Це вказує на те, що зі збільшенням товщини мідного покриття опір перехідного отвору зменшується, тепло, що утворюється під час проходження струму, зменшується, а ефект розсіювання тепла значно покращується, таким чином значно підвищуючи здатність перехідного отвору перевантажувати струм.
номер шару друкованої плати та спосіб підключення міді
Кількість шарів друкованої плати та спосіб з’єднання між отвором і внутрішнім мідним шаром впливатимуть на шлях теплопровідності отвору. У багато-шарових друкованих платах, якщо перехідний отвір може ефективно з’єднуватися з декількома внутрішніми шарами міді, це означає, що тепло може розсіюватися більшою кількістю шляхів, що є корисним для покращення пропускної здатності прохідного отвору.
Заходи тепловіддачі
Повнота заходів щодо розсіювання тепла також значною мірою впливає на -можливість перевантаження через отвір. Встановлення тепловідвідної мідної фольги поблизу отвору може швидко розсіювати тепло, що виділяється отвором, і знижувати температуру отвору. Використання гарячих отворів є настільки ж важливим, оскільки вони можуть спрямовувати тепло до інших зон розсіювання тепла друкованої плати. Крім того, наповнення отвору матеріалами для розсіювання тепла, такими як теплопровідний клей, може ефективно посилити ефект розсіювання тепла.
екологічні умови
Температура та повітряний потік у робочому середовищі беззаперечно впливають на -потужність потоку через отвір. У середовищі з високою температурою складність розсіювання тепла самим отвором зростає, а його пропускна здатність за струмом відповідно зменшується. Наприклад, при температурі навколишнього середовища 50 градусів струм, який пропускається через отвір, нижчий, ніж при кімнатній температурі 25 градусів. Хороший повітряний потік, наприклад примусове повітряне охолодження або умови природної конвекції, може прискорити розсіювання поверхневого тепла через отвір і допомогти покращити пропускну здатність отвору. У деяких зовнішніх електронних пристроях через значні перепади температури та обмежені умови вентиляції необхідно ретельніше проектувати перехідні отвори, щоб адаптуватися до викликів суворих середовищ щодо потужності надструму.
2, Метод оцінки пропускної здатності через-отвір
За стандартними довідковими даними
В даний час, незважаючи на відсутність уніфікованого стандарту спеціально для максимальної струмової здатності перехідних отворів, дані щодо струмової здатності мідних проводів друкованої плати в стандарті IPC-2152 можуть бути використані для попередньої оцінки максимальної струмової здатності перехідних отворів. Цей стандарт надає довідкові значення для пропускної здатності по струму для ліній різної ширини та товщини міді за конкретних умов підвищення температури. Однак, через відмінності між наскрізними структурами та звичайними мідними дротами, ці дані можна використовувати лише як орієнтовні посилання та потребують коригування відповідно до конкретних ситуацій у практичних застосуваннях.
експериментальна перевірка
Експериментальне випробування – це прямий і надійний метод оцінки -можливості перевантаження по струму через отвір. При побудові фактичної випробувальної схеми до прохідних отворів подається струм різної величини, а датчики температури використовуються для моніторингу змін температури перехідних отворів у реальному часі. Наприклад, під час експерименту вибирається кілька отворів однакових характеристик, через які відповідно пропускаються різні струми, наприклад 1 А, 3 А, 5 А, і реєструються відповідні температури. Значення струму, при якому температура досягає межі допуску матеріалу FR4, є максимальною потужністю перевантаження по струму переходу за цієї умови. Цей метод може інтуїтивно відображати продуктивність перехідних отворів у практичній роботі, але експериментальний процес займає-час і трудомісткий, і на нього впливають такі фактори, як середовище тестування та точність обладнання.
Тепловий симуляційний аналіз
Використовуючи професійне програмне забезпечення для теплового моделювання, побудуйте три{0}}вимірну теплову модель отворів друкованої плати, щоб імітувати розподіл температури отворів під різними струмовими навантаженнями. У імітаційній моделі можна точно встановити такі параметри, як діаметр отвору, товщина мідного покриття, кількість шарів друкованої плати та умови розсіювання тепла. Змінюючи ці параметри, можна спостерігати за змінами температури наскрізного отвору, щоб оцінити здатність перевантаження через струм. Порівнюючи температуру отворів діаметром 0,3 мм, 0,5 мм і 0,8 мм під струмом 10 А за допомогою моделювання, стає зрозуміло, що існують відмінності в пропускній здатності отворів різного діаметру. Аналіз термічного моделювання є ефективним і може всебічно враховувати кілька факторів, забезпечуючи міцну основу для оптимізації через проектування. Проте точність результатів моделювання залежить від раціональності налаштування параметрів моделі.
3. Стратегія оптимізації конструкції для підвищення пропускної здатності наскрізних отворів
Оптимізація за допомогою розміру та компонування
На етапі проектування рекомендується використовувати отвори більшого діаметру, наскільки це можливо, бажано більше або дорівнює 0,5 мм, щоб зменшити щільність струму та мінімізувати виділення тепла. Для застосувань із сильним струмом слід з’єднати декілька отворів паралельно. Для струмів, що перевищують 5 А, рекомендується використовувати перехідні отвори більше або дорівнюють 3 0.5 мм. У той же час плануйте розташування отворів розумно, щоб уникнути надмірної концентрації отворів і запобігти надмірному накопиченню тепла в локальних областях. Наприклад, прохідне з’єднання між площиною живлення та площиною заземлення з рівномірно розподіленими отворами може ефективно збалансувати струм і покращити загальну здатність перевантаження по струму.
Збільшити товщину обміднення
Якщо дозволяє процес виготовлення друкованої плати, збільшення товщини мідного покриття на внутрішній стінці переходу до 25 мкм або більше може значно зменшити термічний опір переходу та підвищити його здатність до перевантаження по струму. Наприклад, у системній платі сервера, яка потребує надзвичайно високої стабільності живлення, товщину мідного покриття на прохідних отворах було збільшено з 18 мкм до 35 мкм. Після випробувань температура наскрізних отворів була значно знижена під високими струмовими навантаженнями, і стабільність системи значно покращилася.
Покращена конструкція розсіювання тепла
Покладіть велику площу мідної фольги для розсіювання тепла навколо отвору та забезпечте гарне з’єднання між отвором і мідною фольгою для розсіювання тепла, забезпечуючи ефективний шлях для теплопровідності. Доцільно розташувати теплові отвори для розсіювання тепла до інших зон розсіювання тепла друкованої плати. Крім того, покриття матеріалів для розсіювання тепла, таких як теплопровідна фарба, на поверхні отвору додатково посилює ефект розсіювання тепла. У -потужних електронних пристроях, таких як конструкція друкованої плати промислових перетворювачів частоти, ці заходи розсіювання тепла можуть ефективно підвищити надійність роботи через потік у середовищах із сильним струмом.
Налаштуйте відповідно до реальних сценаріїв застосування
Повністю враховуйте фактичне середовище використання друкованої плати, як-от робочу температуру, вологість, умови вентиляції тощо, і відповідним чином оптимізуйте дизайн наскрізних{1}}отворів. У середовищах з високою температурою відповідно збільште розмір або кількість отворів; У вологому середовищі посиліть захисні заходи для наскрізних отворів, щоб запобігти зниженню потужності надструму через корозію.