prijelazi na tiskanoj ploči služe kao kritični vodljivi kanali za povezivanje različitih slojeva strujnih krugova, a njihova prekostrujna sposobnost izravno utječe na performanse i pouzdanost cijelog sustava krugova. Osobito u scenarijima primjene visoke struje, kao što su krugovi napajanja, krugovi pojačala snage itd., ako se prekostrujnom sposobnošću via ne rukuje ispravno, to može uzrokovati lokalno pregrijavanje, odvajanje lemljenog spoja, pa čak i spaljivanje tiskane ploče, što dovodi do kvara opreme.
1, Ključni čimbenici koji utječu na-kapacitet protoka kroz otvor
Promjer i količina prolaznih rupa
Promjer prolaznog-otvora igra odlučujuću ulogu u njegovom kapacitetu protoka. Prema načelu gustoće struje, pod istim strujnim uvjetima, što je veći promjer-rupe, veća je površina poprečnog-presjeka kroz koji prolazi struja i manja je gustoća struje. Na primjer, u visokostrujnom modulu snage, koristeći 0,3 mm promjera via i 0,5 mm promjera via, pri prolasku struje od 10 A, 0,3 mm via brzo raste do 140 stupnjeva zbog velike gustoće struje, daleko premašujući raspon tolerancije FR4 materijala (općenito radna temperatura FR4 materijala ograničena je na ispod 125 stupnjeva), što predstavlja ozbiljan rizik od toplinskog kvara; Temperatura otvora od 0,5 mm-ostaje stabilna na 85 stupnjeva, još uvijek unutar sigurnog raspona. Osim toga, paralelno korištenje višestrukih otvora može učinkovito distribuirati struju. U slučaju ukupne struje od 15 A, temperatura jednog otvora od 0,5 mm može doseći do 130 stupnjeva, približavajući se pragu opasnosti. Međutim, nakon što su tri priključka od 0,5 mm spojena paralelno, temperatura pada na 75 stupnjeva. Kada se broj otvora od 0,5 mm poveća na pet paralelno, temperatura dalje pada na 60 stupnjeva, a stabilnost sustava značajno se poboljšava.
Debljina bakrene oplate
Debljina bakrene oplate na unutarnjoj stijenci otvora određuje njegovu vodljivost. Uobičajene debljine bakrenog sloja uključuju 18 μm, 25 μm i veće specifikacije. Uzimajući isti promjer od 0,5 mm kao primjer, pri prolasku struje od 10 A, temperatura bakrenog otvora od 18 μm doseže 92 stupnja, temperatura pada na 78 stupnjeva kada je obložen bakrom od 25 μm, a temperatura bakrenog otvora od 50 μm je samo 65 stupnjeva. To ukazuje da se s povećanjem debljine bakrene oplate smanjuje otpornost otvora, smanjuje se toplina koja se stvara kada struja prolazi, a učinak rasipanja topline se značajno poboljšava, čime se uvelike povećava sposobnost prekostrujnog otvora.
broj sloja tiskane ploče i način spajanja bakra
Broj slojeva tiskane ploče i način spajanja između via i unutarnjeg bakrenog sloja utjecat će na putanju toplinske vodljivosti via. U više-slojnim tiskanim pločama, ako se via može učinkovito povezati s više unutarnjih bakrenih slojeva, to znači da se toplina može raspršiti kroz više puteva, što je korisno za poboljšanje kapaciteta struje via.
Mjere odvođenja topline
Cjelovitost mjera rasipanja topline također uvelike utječe na nadstrujnu sposobnost kroz-rupu. Postavljanje bakrene folije za raspršivanje topline u blizini otvora može brzo raspršiti toplinu koju stvara otvor i smanjiti temperaturu otvora. Korištenje vrućih otvora jednako je važno jer oni mogu usmjeriti toplinu na druga područja rasipanja topline tiskane ploče. Dodatno, punjenje materijala za raspršivanje topline kao što je toplinsko vodljivo ljepilo oko otvora može učinkovito povećati učinak rasipanja topline.
okolišni uvjeti
Temperatura i protok zraka u radnom okruženju imaju neporeciv utjecaj na kapacitet protoka kroz-otvor. U okruženjima s visokom temperaturom, poteškoće s disipacijom topline samog otvora se povećavaju, a njegov prekostrujni kapacitet u skladu s tim opada. Na primjer, pri temperaturi okoline od 50 stupnjeva, dozvoljena struja kroz otvor niža je nego pri sobnoj temperaturi od 25 stupnjeva. Dobar protok zraka, kao što je prisilno hlađenje zrakom ili uvjeti prirodne konvekcije, može ubrzati rasipanje površinske topline kroz otvor i pomoći u poboljšanju kapaciteta protoka otvora. U nekim vanjskim elektroničkim uređajima, zbog velikih temperaturnih promjena i ograničenih ventilacijskih uvjeta, potrebno je pažljivije projektirati prolaze kako bi se prilagodili izazovima oštrih okruženja na prekostrujni kapacitet.
2, Metoda procjene za-kapacitet protoka kroz otvor
Prema standardnim referentnim podacima
Trenutačno, iako ne postoji jedinstveni standard posebno za prekostrujni kapacitet via, podaci o nosivosti struje bakrenih žica tiskanih ploča u standardu IPC-2152 mogu se koristiti za preliminarnu procjenu prekostrujnog kapaciteta viasa. Ova norma daje referentne vrijednosti za nosivost struje različitih širina vodova i debljina bakra pod određenim uvjetima porasta temperature. Međutim, zbog razlika između via struktura i običnih bakrenih žica, ovi podaci mogu se koristiti samo kao grube reference i potrebno ih je prilagoditi u skladu sa specifičnim situacijama u praktičnim primjenama.
eksperimentalno ispitivanje
Eksperimentalno ispitivanje izravna je i pouzdana metoda za procjenu nadstrujne sposobnosti kroz-rupu. Izgradnjom stvarnog ispitnog kruga, različite veličine struje primjenjuju se na propusne otvore, a temperaturni senzori se koriste za praćenje promjena temperature hodnih otvora u stvarnom vremenu. Na primjer, u eksperimentu se odabire više strujnih otvora istih specifikacija i kroz njih prolaze različite struje kao što su 1A, 3A, 5A, a odgovarajuće temperature se bilježe. Trenutna vrijednost pri kojoj temperatura dosegne granicu tolerancije FR4 materijala je maksimalni prekostrujni kapacitet otvora pod ovim uvjetom. Ova metoda može intuitivno odražavati performanse viasa u praktičnom radu, ali eksperimentalni proces je dugotrajan-i naporan, a na njega utječu čimbenici kao što su okolina testiranja i točnost opreme.
Analiza toplinske simulacije
Koristeći profesionalni softver za toplinsku simulaciju, konstruirajte tro-dimenzionalni toplinski model otvora na tiskanoj ploči za simulaciju raspodjele temperature otvora pod različitim strujnim opterećenjima. U simulacijskom modelu parametri kao što su promjer otvora, debljina bakrenog sloja, broj slojeva tiskane ploče i uvjeti rasipanja topline mogu se točno postaviti. Promjenom ovih parametara mogu se promatrati promjene temperature provodnika kako bi se procijenila sposobnost prekostrujnog provodnika. Usporedbom temperature otvora promjera 0,3 mm, 0,5 mm i 0,8 mm pod strujom od 10 A kroz simulaciju, jasno je da postoje razlike u prekostrujnom kapacitetu otvora različitih promjera. Analiza toplinske simulacije je učinkovita i može sveobuhvatno razmotriti više faktora, pružajući snažnu osnovu za optimizaciju putem dizajna. Međutim, točnost rezultata simulacije ovisi o racionalnosti postavki parametara modela.
3, Strategija optimizacije dizajna za povećanje kapaciteta protoka kroz rupe
Optimizirajte pomoću veličine i izgleda
U fazi projektiranja preporučuje se korištenje otvora većeg promjera što je više moguće, po mogućnosti većeg ili jednakog 0,5 mm, kako bi se smanjila gustoća struje i minimiziralo stvaranje topline. Za aplikacije s visokom strujom, potrebno je spojiti više priključaka paralelno. Za struje veće od 5 A, preporuča se koristiti vias veće od ili jednako 3 0.5 mm. U isto vrijeme, razumno planirajte raspored otvora kako biste izbjegli pretjeranu koncentraciju otvora i spriječili prekomjerno nakupljanje topline u lokalnim područjima. Na primjer, provodna veza između razine napajanja i ravnine uzemljenja, s ravnomjerno raspoređenim veznim vratima, može učinkovito uravnotežiti struju i poboljšati ukupnu sposobnost nadstruje.
Povećajte debljinu bakrene oplate
Ako proizvodni proces ploče s tiskanim krugom dopušta, povećanje debljine bakrenog sloja na unutarnjoj stijenci provodnika na 25 μm ili više može značajno smanjiti toplinski otpor provodnika i povećati njegovu sposobnost prekostrujnog udara. Na primjer, u matičnoj ploči poslužitelja koja zahtijeva izuzetno visoku stabilnost napajanja, debljina bakrene oplate na rupicama povećana je s 18 μm na 35 μm. Nakon testiranja, temperatura otvora je značajno smanjena pod velikim strujnim opterećenjima, a stabilnost sustava je znatno poboljšana.
Dizajn poboljšane disipacije topline
Položite veliku površinu bakrene folije za raspršivanje topline oko otvora i osigurajte dobru vezu između otvora i bakrene folije za raspršivanje topline, osiguravajući učinkovit put za provođenje topline. Razumno rasporedite toplinske otvore za raspršivanje topline na druga područja rasipanja topline tiskane ploče. Osim toga, premazivanje materijala za raspršivanje topline kao što je toplinski vodljiva boja na površini otvora dodatno povećava učinak rasipanja topline. U elektroničkim-elektroničkim uređajima velike snage, kao što je dizajn tiskanih ploča industrijskih pretvarača frekvencije, ove mjere za rasipanje topline mogu učinkovito poboljšati pouzdanost rada provodnika u okruženjima visoke struje.
Prilagodite prema stvarnim scenarijima primjene
U potpunosti uzmite u obzir stvarno okruženje uporabe tiskane ploče, kao što su radna temperatura, vlažnost, uvjeti ventilacije itd., i u skladu s tim optimizirajte dizajn otvora. U okruženjima visoke temperature, odgovarajuće povećajte veličinu ili broj otvora; U vlažnim okruženjima pojačajte zaštitne mjere za prolazne rupe kako biste spriječili smanjenje nadstrujnog kapaciteta zbog korozije.