Les plaques de circuit imprès serveixen com a canals conductors crítics per connectar diferents capes de circuits, i la seva capacitat de sobreintensitat afecta directament el rendiment i la fiabilitat de tot el sistema de circuits. Especialment en escenaris d'aplicació d'alta intensitat, com ara circuits d'alimentació, circuits amplificadors de potència, etc., si la capacitat de sobreintensitat de la via no es gestiona correctament, pot provocar un sobreescalfament local, el despreniment de la junta de soldadura i fins i tot cremar la placa de circuit imprès, provocant una fallada de l'equip.
1, Factors clau que afecten la capacitat de flux-perforat
Diàmetre i quantitat de forats passants
El diàmetre del forat-pasant té un paper decisiu en la seva capacitat de flux. Segons el principi de densitat de corrent, en les mateixes condicions de corrent, com més gran és el diàmetre del-forat passant, més gran és l'àrea de la secció transversal-per on passa el corrent i menor és la densitat de corrent. Per exemple, en un mòdul de potència d'alta corrent, utilitzant un diàmetre de 0,3 mm i un diàmetre de 0,5 mm, quan es passa un corrent de 10 A, el via de 0,3 mm augmenta ràpidament a 140 graus a causa de l'alta densitat de corrent, superant amb escreix el rang de tolerància del material FR4 (generalment la temperatura de treball del material FR4 es limita a menys de 125 graus), amb un risc greu de fallada; La temperatura del forat-pasant de 0,5 mm es manté estable a 85 graus, encara dins del rang segur. A més, l'ús de múltiples vies en paral·lel pot distribuir efectivament el corrent. En el cas d'un corrent total de 15 A, la temperatura d'una única via de 0,5 mm pot arribar fins a 130 graus, apropant-se al llindar de perill. Tanmateix, després de connectar tres vies de 0,5 mm en paral·lel, la temperatura baixa a 75 graus. Quan el nombre de vies de 0,5 mm augmenta a cinc en paral·lel, la temperatura baixa encara més fins als 60 graus i l'estabilitat del sistema es millora significativament.
Gruix de revestiment de coure
El gruix del revestiment de coure a la paret interior de la via determina la seva conductivitat. Els gruixos de coure comuns inclouen 18 μ m, 25 μ m i especificacions superiors. Prenent com a exemple el mateix diàmetre de 0,5 mm, quan es passa un corrent de 10 A, la temperatura del coure de 18 μ m amb xapa arriba als 92 graus, la temperatura baixa a 78 graus quan es plateja amb 25 μ m de coure i la temperatura dels 50 μ m de coure xapat és de només 65 graus. Això indica que a mesura que augmenta el gruix del revestiment de coure, la resistència de la via disminueix, la calor generada quan passa el corrent disminueix i l'efecte de dissipació de calor es millora significativament, millorant així molt la capacitat de sobreintensitat de la via.
Número de capa de placa de circuit imprès i mètode de connexió de coure
El nombre de capes de la placa de circuit imprès i el mètode de connexió entre la via i la capa interior de coure afectaran el camí de conducció tèrmica de la via. A les plaques de circuits impresos multi-capes, si la via pot connectar-se eficaçment amb diverses capes de coure interiors, vol dir que la calor es pot dissipar a través de més camins, la qual cosa és beneficiós per millorar la capacitat de corrent via.
Mesures de dissipació de calor
L'exhaustivitat de les mesures de dissipació de calor també afecta molt la capacitat de sobreintensitat del-forat passant. La configuració d'una làmina de coure de dissipació de calor a prop de la via pot dissipar ràpidament la calor generada per la via i reduir la temperatura de la via. L'ús de vies calentes és igualment crucial, ja que poden dirigir la calor a altres àrees de dissipació de calor de la placa de circuit imprès. A més, l'ompliment de materials de dissipació de calor com ara l'adhesiu conductor tèrmic al voltant de la via pot millorar eficaçment l'efecte de dissipació de calor.
condicions ambientals
La temperatura i el flux d'aire a l'entorn de treball tenen un impacte innegable en la capacitat de flux{0}}del forat passant. En entorns d'alta temperatura, la dificultat de dissipació de calor de la mateixa via augmenta i la seva capacitat de sobreintensitat disminueix en conseqüència. Per exemple, a una temperatura ambient de 50 graus, el corrent permès a través de la via és inferior a la temperatura ambient de 25 graus. Un bon flux d'aire, com ara el refredament d'aire forçat o les condicions de convecció natural, pot accelerar la dissipació de la calor superficial a través de la via i ajudar a millorar la capacitat de flux de la via. En alguns dispositius electrònics a l'aire lliure, a causa dels grans canvis de temperatura i les condicions de ventilació limitades, és necessari dissenyar vies amb més cura per adaptar-se als reptes dels entorns durs amb capacitat de sobreintensitat.
2, Mètode d'avaluació de la capacitat de flux-perforat
Segons dades de referència estàndard
Actualment, tot i que no hi ha cap estàndard unificat específicament per a la capacitat de sobreintensitat de les vies, es poden consultar les dades sobre la capacitat de càrrega actual dels cables de coure de la placa de circuit imprès a l'estàndard IPC-2152 per a una estimació preliminar de la capacitat de sobreintensitat de les vies. Aquesta norma proporciona valors de referència per a la capacitat de càrrega actual de diferents amplades de línia i gruixos de coure en condicions específiques d'augment de temperatura. Tanmateix, a causa de les diferències entre les estructures via i els cables de coure ordinaris, aquestes dades només es poden utilitzar com a referències aproximades i s'han d'ajustar segons situacions específiques en aplicacions pràctiques.
assaig experimental
Les proves experimentals són un mètode directe i fiable per avaluar la capacitat de sobreintensitat del-perforat. Mitjançant la construcció d'un circuit de prova real, s'apliquen diferents mides de corrent als forats de via i s'utilitzen sensors de temperatura per controlar els canvis de temperatura dels forats de via en temps real. Per exemple, a l'experiment, es seleccionen múltiples vies de les mateixes especificacions i es fan passar diferents corrents com 1A, 3A, 5A respectivament i es registren les temperatures corresponents. El valor actual al qual la temperatura arriba al límit de tolerància del material FR4 és la capacitat màxima de sobreintensitat de la via en aquesta condició. Aquest mètode pot reflectir de manera intuïtiva el rendiment dels vias en el treball pràctic, però el procés experimental requereix temps-i laboriós, i es veu afectat per factors com ara l'entorn de prova i la precisió de l'equip.
Anàlisi de simulació tèrmica
Utilitzant un programari de simulació tèrmica professional, construïu un model tèrmic tridimensional de vias de plaques de circuit imprès per simular la distribució de temperatura de les vies sota diferents càrregues de corrent. En el model de simulació, es poden establir amb precisió paràmetres com ara el diàmetre, el gruix de la placa de coure, el nombre de capa de la placa de circuit imprès i les condicions de dissipació de calor. En canviar aquests paràmetres, es poden observar els canvis de temperatura via per avaluar la capacitat de sobreintensitat de via. En comparar la temperatura de vies de 0,3 mm, 0,5 mm i 0,8 mm de diàmetre sota un corrent de 10 A mitjançant simulació, és evident que hi ha diferències en la capacitat de sobreintensitat de vies amb diferents diàmetres. L'anàlisi de simulació tèrmica és eficient i pot considerar de manera exhaustiva múltiples factors, proporcionant una base sòlida per a l'optimització mitjançant el disseny. Tanmateix, la precisió dels resultats de la simulació depèn de la racionalitat de la configuració dels paràmetres del model.
3, Disseny d'estratègia d'optimització per millorar la capacitat de flux dels forats passants
Optimitzar mitjançant la mida i la disposició
En la fase de disseny, es recomana utilitzar vies de major diàmetre tant com sigui possible, preferiblement superiors o iguals a 0,5 mm, per reduir la densitat de corrent i minimitzar la generació de calor. Per a aplicacions d'alta intensitat, s'han de connectar múltiples vies en paral·lel. Per a corrents superiors a 5 A, es recomana utilitzar vias superiors o iguals a 3 0.5mm. Al mateix temps, planifiqueu raonablement la disposició de les vies per evitar una concentració excessiva de vies i evitar l'acumulació excessiva de calor a les zones locals. Per exemple, la connexió via entre el pla d'alimentació i el pla de terra, amb vies distribuïdes uniformement, pot equilibrar eficaçment el corrent i millorar la capacitat general de sobreintensitat.
Augmentar el gruix del revestiment de coure
Si el procés de fabricació de la placa de circuit imprès ho permet, augmentar el gruix del recobriment de coure a la paret interior de la via a 25 μ m o més pot reduir significativament la resistència tèrmica via i millorar la seva capacitat de sobreintensitat. Per exemple, en una placa base de servidor que requereix una estabilitat de potència extremadament alta, el gruix del revestiment de coure als forats de via es va augmentar de 18 μ m a 35 μ m. Després de les proves, la temperatura dels forats de via es va reduir significativament sota càrregues de corrent elevats i l'estabilitat del sistema es va millorar considerablement.
Disseny de dissipació de calor millorat
Col·loqueu una gran àrea de làmina de coure de dissipació de calor al voltant de la via i assegureu-vos una bona connexió entre la via i la làmina de coure de dissipació de calor, proporcionant un camí de conducció eficient per a la calor. Organitzeu raonablement les vies tèrmiques per dispersar la calor a altres àrees de dissipació de calor de la placa de circuit imprès. A més, el revestiment de materials de dissipació de calor com la pintura conductora tèrmica a la superfície de la via millora encara més l'efecte de dissipació de calor. En dispositius electrònics d'alta potència-, com ara el disseny de plaques de circuit imprès dels convertidors de freqüència industrials, aquestes mesures de dissipació de calor poden millorar eficaçment la fiabilitat del funcionament via en entorns de gran intensitat.
Ajusta segons els escenaris d'aplicació reals
Tingueu en compte completament l'entorn d'ús real de la placa de circuit imprès, com ara la temperatura de treball, la humitat, les condicions de ventilació, etc., i optimitzeu el disseny del forat-pasant en conseqüència. En entorns d'alta temperatura, augmentar adequadament la mida o el nombre de forats via; En ambients humits, reforçar les mesures de protecció dels forats passant per evitar una disminució de la capacitat de sobreintensitat a causa de la corrosió.