papan litar bercetak vias berfungsi sebagai saluran konduktif kritikal untuk menyambungkan lapisan litar yang berbeza, dan keupayaan arus lebihnya secara langsung mempengaruhi prestasi dan kebolehpercayaan keseluruhan sistem litar. Terutamanya dalam senario aplikasi arus tinggi, seperti litar kuasa, litar penguat kuasa, dsb., jika keupayaan arus lampau melalui tidak dikendalikan dengan betul, ia boleh menyebabkan terlalu panas setempat, detasmen sambungan pateri, dan juga membakar papan litar bercetak, yang membawa kepada kegagalan peralatan.
1, Faktor utama yang mempengaruhi-kapasiti aliran lubang
Diameter dan kuantiti lubang melalui
Diameter lubang tembus-memainkan peranan penting dalam kapasiti alirannya. Mengikut prinsip ketumpatan arus, di bawah keadaan semasa yang sama, semakin besar diameter lubang-laluan, semakin besar-luas keratan rentas yang dilalui arus dan semakin rendah ketumpatan arus. Sebagai contoh, dalam modul kuasa arus tinggi, menggunakan diameter 0.3mm melalui dan diameter 0.5mm melalui, apabila melepasi arus 10A, 0.3mm melalui cepat meningkat kepada 140 darjah disebabkan oleh ketumpatan arus yang tinggi, jauh melebihi julat toleransi bahan FR4 (biasanya suhu kerja bahan FR4 terhad kepada bawah 125 darjah kegagalan terma ), menimbulkan risiko kegagalan terma yang serius ; Suhu lubang 0.5mm melalui-kekal stabil pada 85 darjah , masih dalam julat selamat. Di samping itu, menggunakan berbilang vias secara selari boleh mengagihkan arus dengan berkesan. Dalam kes jumlah arus 15A, suhu satu saluran 0.5mm boleh mencapai sehingga 130 darjah, menghampiri ambang bahaya. Walau bagaimanapun, selepas tiga vias 0.5mm disambung secara selari, suhu turun kepada 75 darjah . Apabila bilangan vias 0.5mm dinaikkan kepada lima secara selari, suhu terus menurun kepada 60 darjah, dan kestabilan sistem bertambah baik dengan ketara.
Ketebalan penyaduran tembaga
Ketebalan penyaduran kuprum pada dinding dalam via menentukan kekonduksiannya. Ketebalan penyaduran kuprum biasa termasuk 18 μ m, 25 μ m, dan spesifikasi yang lebih tinggi. Mengambil diameter yang sama 0.5mm melalui sebagai contoh, apabila melepasi arus 10A, suhu 18 μm kuprum bersalut melalui mencapai 92 darjah, suhu turun kepada 78 darjah apabila disadur dengan 25 μm kuprum, dan suhu 50 μm kuprum bersalut melalui hanya 65 darjah . Ini menunjukkan bahawa apabila ketebalan penyaduran kuprum meningkat, rintangan melalui berkurangan, haba yang dijana apabila arus melalui berkurangan, dan kesan pelesapan haba bertambah baik dengan ketara, sekali gus meningkatkan keupayaan lebihan arus melalui.
nombor lapisan papan litar bercetak dan kaedah sambungan kuprum
Bilangan lapisan papan litar bercetak dan kaedah sambungan antara melalui dan lapisan kuprum dalam akan menjejaskan laluan pengaliran terma melalui. Dalam papan litar bercetak berbilang-lapisan, jika melalui boleh bersambung dengan berkesan dengan berbilang lapisan kuprum dalam, ini bermakna haba boleh dilesapkan melalui lebih banyak laluan, yang bermanfaat untuk meningkatkan kapasiti melalui semasa.
Langkah-langkah pelesapan haba
Kesempurnaan langkah pelesapan haba juga sangat mempengaruhi keupayaan arus lebihan-laluan. Menyediakan kerajang kuprum pelesapan haba berhampiran melalui boleh dengan cepat menghilangkan haba yang dijana oleh melalui dan mengurangkan suhu melalui. Penggunaan vias panas adalah sama penting kerana ia boleh mengarahkan haba ke kawasan pelesapan haba lain pada papan litar bercetak. Di samping itu, mengisi bahan pelesapan haba seperti pelekat konduktif terma di sekeliling melalui boleh meningkatkan kesan pelesapan haba dengan berkesan.
keadaan persekitaran
Suhu dan aliran udara dalam persekitaran kerja mempunyai kesan yang tidak dapat dinafikan pada kapasiti aliran melalui-lubang. Dalam persekitaran suhu tinggi, kesukaran pelesapan haba melalui itu sendiri meningkat, dan kapasiti arus lebihnya turut berkurangan. Sebagai contoh, pada suhu ambien 50 darjah, arus yang dibenarkan melalui melalui adalah lebih rendah daripada pada suhu bilik 25 darjah. Aliran udara yang baik, seperti penyejukan udara paksa atau keadaan perolakan semula jadi, boleh mempercepatkan pelesapan haba permukaan melalui melalui dan membantu meningkatkan kapasiti aliran melalui. Dalam sesetengah peranti elektronik luar, disebabkan perubahan suhu yang besar dan keadaan pengudaraan yang terhad, adalah perlu untuk mereka bentuk vias dengan lebih berhati-hati untuk menyesuaikan diri dengan cabaran persekitaran yang keras pada kapasiti arus lebih.
2, Kaedah penilaian untuk kapasiti aliran melalui-lubang
Mengikut data rujukan standard
Pada masa ini, walaupun tiada piawaian bersatu khusus untuk kapasiti arus lampau vias, data tentang kapasiti bawaan semasa wayar tembaga papan litar bercetak dalam piawaian IPC-2152 boleh dirujuk untuk anggaran awal kapasiti arus lampau vias. Piawaian ini menyediakan nilai rujukan untuk kapasiti bawaan semasa bagi lebar talian yang berbeza dan ketebalan tembaga di bawah keadaan kenaikan suhu tertentu. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh perbezaan antara melalui struktur dan wayar tembaga biasa, data ini hanya boleh digunakan sebagai rujukan kasar, dan perlu dilaraskan mengikut situasi tertentu dalam aplikasi praktikal.
ujian eksperimen
Ujian percubaan ialah kaedah langsung dan boleh dipercayai untuk menilai melalui-keupayaan arus lampau lubang. Dengan membina litar ujian sebenar, saiz arus yang berbeza digunakan pada lubang melalui, dan penderia suhu digunakan untuk memantau perubahan suhu lubang melalui dalam masa nyata. Contohnya, dalam eksperimen, berbilang vias bagi spesifikasi yang sama dipilih dan arus berbeza seperti 1A, 3A, 5A masing-masing dilalui, dan suhu yang sepadan direkodkan. Nilai semasa di mana suhu mencapai had toleransi bahan FR4 ialah kapasiti lebihan arus maksimum melalui dalam keadaan ini. Kaedah ini secara intuitif boleh mencerminkan prestasi vias dalam kerja amali, tetapi proses percubaan-memakan masa dan susah payah serta dipengaruhi oleh faktor seperti persekitaran ujian dan ketepatan peralatan.
Analisis simulasi terma
Menggunakan perisian simulasi haba profesional, bina model terma tiga-dimensi papan litar bercetak vias untuk mensimulasikan taburan suhu vias di bawah beban arus yang berbeza. Dalam model simulasi, parameter seperti diameter melalui, ketebalan penyaduran kuprum, nombor lapisan papan litar bercetak, dan keadaan pelesapan haba boleh ditetapkan dengan tepat. Dengan menukar parameter ini, perubahan suhu melalui boleh diperhatikan untuk menilai keupayaan arus lebih melalui. Dengan membandingkan suhu 0.3mm, 0.5mm, dan 0.8mm diameter vias di bawah arus 10A melalui simulasi, adalah jelas bahawa terdapat perbezaan dalam kapasiti arus lebih vias dengan diameter yang berbeza. Analisis simulasi terma adalah cekap dan boleh mempertimbangkan pelbagai faktor secara menyeluruh, menyediakan asas kukuh untuk mengoptimumkan melalui reka bentuk. Walau bagaimanapun, ketepatan keputusan simulasi bergantung kepada rasionaliti tetapan parameter model.
3, Reka bentuk strategi pengoptimuman untuk meningkatkan kapasiti aliran melalui lubang
Optimumkan melalui saiz dan susun atur
Dalam fasa reka bentuk, adalah disyorkan untuk menggunakan vias diameter yang lebih besar sebanyak mungkin, sebaik-baiknya Lebih besar daripada atau sama dengan 0.5mm, untuk mengurangkan ketumpatan arus dan meminimumkan penjanaan haba. Untuk aplikasi arus tinggi, berbilang vias harus disambung secara selari. Untuk arus yang lebih besar daripada 5A, adalah disyorkan untuk menggunakan Lebih besar daripada atau sama dengan 3 0.5mm vias. Pada masa yang sama, rancang susun atur vias dengan munasabah untuk mengelakkan kepekatan vias yang berlebihan dan mengelakkan pengumpulan haba yang berlebihan di kawasan tempatan. Sebagai contoh, sambungan melalui antara satah kuasa dan satah tanah, dengan vias teragih sama rata, boleh mengimbangi arus dengan berkesan dan meningkatkan keupayaan arus lebih keseluruhan.
Meningkatkan ketebalan penyaduran tembaga
Jika proses pembuatan papan litar bercetak membenarkan, meningkatkan ketebalan penyaduran kuprum pada dinding dalam melalui kepada 25 μ m atau lebih boleh mengurangkan rintangan haba melalui dengan ketara dan meningkatkan keupayaan arus lebihnya. Sebagai contoh, dalam papan induk pelayan yang memerlukan kestabilan kuasa yang sangat tinggi, ketebalan penyaduran kuprum pada lubang melalui ditingkatkan daripada 18 μ m kepada 35 μ m. Selepas ujian, suhu lubang melalui berkurangan dengan ketara di bawah beban arus yang tinggi, dan kestabilan sistem telah bertambah baik.
Reka bentuk pelesapan haba yang dipertingkatkan
Letakkan kawasan besar kerajang tembaga pelesapan haba di sekeliling melalui dan pastikan sambungan yang baik antara melalui dan kerajang tembaga pelesapan haba, menyediakan laluan pengaliran yang cekap untuk haba. Susun secara munasabah vias terma untuk menyebarkan haba ke kawasan pelesapan haba lain pada papan litar bercetak. Selain itu, salutan bahan pelesapan haba seperti cat konduktif terma pada permukaan melalui meningkatkan lagi kesan pelesapan haba. Dalam-peranti elektronik berkuasa tinggi, seperti reka bentuk papan litar bercetak penukar frekuensi industri, langkah pelesapan haba ini boleh meningkatkan kebolehpercayaan melalui operasi dalam persekitaran arus tinggi dengan berkesan.
Laraskan mengikut senario aplikasi sebenar
Pertimbangkan sepenuhnya persekitaran penggunaan sebenar papan litar bercetak, seperti suhu kerja, kelembapan, keadaan pengudaraan, dsb., dan mengoptimumkan-reka bentuk lubang dengan sewajarnya. Dalam persekitaran suhu tinggi, tingkatkan saiz atau bilangan lubang melalui dengan sewajarnya; Dalam persekitaran lembap, kuatkan langkah perlindungan untuk melalui lubang untuk mengelakkan pengurangan kapasiti arus lebih akibat kakisan.