as vias da placa de circuito impresso servem como canais condutores críticos para conectar diferentes camadas de circuitos, e sua capacidade de sobrecorrente afeta diretamente o desempenho e a confiabilidade de todo o sistema de circuito. Especialmente em cenários de aplicação de alta corrente, como circuitos de potência, circuitos de amplificador de potência, etc., se a capacidade de sobrecorrente da via não for tratada adequadamente, poderá causar superaquecimento local, desprendimento da junta de solda e até mesmo queimar a placa de circuito impresso, levando à falha do equipamento.
1, Principais fatores que afetam a-capacidade de fluxo do furo
Diâmetro e quantidade de furos passantes
O diâmetro do{0}orifício passante desempenha um papel decisivo na sua capacidade de fluxo. De acordo com o princípio da densidade de corrente, sob as mesmas condições de corrente, quanto maior o diâmetro-do furo passante, maior será a área da seção-transversal através da qual a corrente passa e menor será a densidade de corrente. Por exemplo, em um módulo de potência de alta corrente, usando via de 0,3 mm de diâmetro e via de 0,5 mm de diâmetro, ao passar a corrente de 10A, a via de 0,3 mm sobe rapidamente para 140 graus devido à alta densidade de corrente, excedendo em muito a faixa de tolerância do material FR4 (geralmente a temperatura de trabalho do material FR4 é limitada abaixo de 125 graus), representando um sério risco de falha térmica; A temperatura do furo passante de 0,5 mm-permanece estável em 85 graus, ainda dentro da faixa segura. Além disso, o uso de múltiplas vias em paralelo pode distribuir a corrente com eficácia. No caso de uma corrente total de 15A, a temperatura de uma única via de 0,5mm pode atingir até 130 graus, aproximando-se do limite de perigo. No entanto, depois que três vias de 0,5 mm são conectadas em paralelo, a temperatura cai para 75 graus. Quando o número de vias de 0,5 mm é aumentado para cinco em paralelo, a temperatura cai ainda mais para 60 graus e a estabilidade do sistema é significativamente melhorada.
Espessura do revestimento de cobre
A espessura do revestimento de cobre na parede interna da via determina sua condutividade. As espessuras comuns de revestimento de cobre incluem 18 μm, 25 μm e especificações superiores. Tomando o mesmo diâmetro de 0,5 mm como exemplo, ao passar a corrente de 10A, a temperatura da via revestida de cobre de 18 μm atinge 92 graus, a temperatura cai para 78 graus quando revestida com cobre de 25 μm, e a temperatura da via revestida de cobre de 50 μm é de apenas 65 graus. Isto indica que à medida que a espessura do revestimento de cobre aumenta, a resistência da via diminui, o calor gerado quando a corrente passa diminui e o efeito de dissipação de calor é significativamente melhorado, aumentando assim grandemente a capacidade de sobrecorrente da via.
número da camada da placa de circuito impresso e método de conexão de cobre
O número de camadas da placa de circuito impresso e o método de conexão entre a via e a camada interna de cobre afetarão o caminho de condução térmica da via. Em placas de circuito impresso multi-camadas, se a via puder se conectar efetivamente com diversas camadas internas de cobre, isso significa que o calor poderá ser dissipado por mais caminhos, o que é benéfico para melhorar a capacidade de corrente da via.
Medidas de dissipação de calor
A integridade das medidas de dissipação de calor também afeta muito a capacidade de sobrecorrente-passante do furo. Instalar uma folha de cobre para dissipação de calor perto da via pode dissipar rapidamente o calor gerado pela via e reduzir a temperatura da via. O uso de vias quentes é igualmente crucial, pois podem direcionar o calor para outras áreas de dissipação de calor da placa de circuito impresso. Além disso, o preenchimento de materiais de dissipação de calor, como adesivo condutor térmico ao redor da via, pode efetivamente aumentar o efeito de dissipação de calor.
condições ambientais
A temperatura e o fluxo de ar no ambiente de trabalho têm um impacto inegável na capacidade de fluxo do-orifício. Em ambientes de alta temperatura, a dificuldade de dissipação de calor da própria via aumenta e sua capacidade de sobrecorrente diminui correspondentemente. Por exemplo, a uma temperatura ambiente de 50 graus, a corrente permitida através da via é inferior à temperatura ambiente de 25 graus. Um bom fluxo de ar, como resfriamento de ar forçado ou condições de convecção natural, pode acelerar a dissipação do calor da superfície através da via e ajudar a melhorar a capacidade de fluxo da via. Em alguns dispositivos eletrônicos externos, devido às grandes mudanças de temperatura e às condições limitadas de ventilação, é necessário projetar vias com mais cuidado para se adaptar aos desafios de ambientes agressivos com capacidade de sobrecorrente.
2, Método de avaliação da capacidade de fluxo-passante do furo
De acordo com dados de referência padrão
Atualmente, embora não exista um padrão unificado específico para a capacidade de sobrecorrente das vias, os dados sobre a capacidade de transporte de corrente dos fios de cobre da placa de circuito impresso no padrão IPC-2152 podem ser consultados para estimativa preliminar da capacidade de sobrecorrente das vias. Esta norma fornece valores de referência para a capacidade de transporte de corrente de diferentes larguras de linha e espessuras de cobre sob condições específicas de aumento de temperatura. Porém, devido às diferenças entre as estruturas via e os fios de cobre comuns, esses dados só podem ser utilizados como referências aproximadas e precisam ser ajustados de acordo com situações específicas em aplicações práticas.
testes experimentais
O teste experimental é um método direto e confiável para avaliar a capacidade de sobrecorrente -de furo. Ao construir um circuito de teste real, diferentes tamanhos de corrente são aplicados aos orifícios de passagem e sensores de temperatura são usados para monitorar as mudanças de temperatura dos orifícios de passagem em tempo real. Por exemplo, no experimento, múltiplas vias com as mesmas especificações são selecionadas e diferentes correntes, como 1A, 3A, 5A, são passadas respectivamente, e as temperaturas correspondentes são registradas. O valor atual no qual a temperatura atinge o limite de tolerância do material FR4 é a capacidade máxima de sobrecorrente da via nesta condição. Esse método pode refletir intuitivamente o desempenho das vias no trabalho prático, mas o processo experimental é demorado-e trabalhoso e é afetado por fatores como ambiente de teste e precisão do equipamento.
Análise de simulação térmica
Usando um software de simulação térmica profissional, construa um modelo térmico tri-dimensional das vias da placa de circuito impresso para simular a distribuição de temperatura das vias sob diferentes cargas de corrente. No modelo de simulação, parâmetros como diâmetro, espessura do revestimento de cobre, número da camada da placa de circuito impresso e condições de dissipação de calor podem ser definidos com precisão. Ao alterar esses parâmetros, as alterações de temperatura da via podem ser observadas para avaliar a capacidade de sobrecorrente da via. Ao comparar a temperatura das vias de 0,3 mm, 0,5 mm e 0,8 mm de diâmetro sob corrente de 10A por meio de simulação, fica claro que existem diferenças na capacidade de sobrecorrente de vias com diâmetros diferentes. A análise de simulação térmica é eficiente e pode considerar vários fatores de forma abrangente, fornecendo uma base sólida para otimização por meio do projeto. No entanto, a precisão dos resultados da simulação depende da racionalidade das configurações dos parâmetros do modelo.
3, Estratégia de otimização de projeto para aumentar a capacidade de fluxo de furos passantes
Otimize por tamanho e layout
Na fase de projeto, recomenda-se a utilização de vias de diâmetro maior, tanto quanto possível, preferencialmente maior ou igual a 0,5 mm, para reduzir a densidade de corrente e minimizar a geração de calor. Para aplicações de alta corrente, múltiplas vias devem ser conectadas em paralelo. Para correntes superiores a 5A, recomenda-se a utilização de vias maiores ou iguais a 3 0.5mm. Ao mesmo tempo, planeje razoavelmente o layout das vias para evitar a concentração excessiva de vias e evitar o acúmulo excessivo de calor nas áreas locais. Por exemplo, a conexão via entre o plano de potência e o plano de terra, com vias distribuídas uniformemente, pode equilibrar efetivamente a corrente e melhorar a capacidade geral de sobrecorrente.
Aumentar a espessura do revestimento de cobre
Se o processo de fabricação da placa de circuito impresso permitir, aumentar a espessura do revestimento de cobre na parede interna da via para 25 μm ou mais pode reduzir significativamente a resistência térmica da via e aumentar sua capacidade de sobrecorrente. Por exemplo, em uma placa-mãe de servidor que requer estabilidade de energia extremamente alta, a espessura do revestimento de cobre nos orifícios de passagem foi aumentada de 18 μm para 35 μm. Após o teste, a temperatura dos furos foi significativamente reduzida sob altas cargas de corrente e a estabilidade do sistema foi bastante melhorada.
Design aprimorado de dissipação de calor
Coloque uma grande área de folha de cobre para dissipação de calor ao redor da via e garanta uma boa conexão entre a via e a folha de cobre para dissipação de calor, fornecendo um caminho de condução eficiente para o calor. Organize vias térmicas de maneira razoável para dispersar o calor para outras áreas de dissipação de calor da placa de circuito impresso. Além disso, o revestimento de materiais de dissipação de calor, como tinta condutora térmica, na superfície da via, aumenta ainda mais o efeito de dissipação de calor. Em dispositivos eletrônicos-de alta potência, como o projeto de placas de circuito impresso de conversores de frequência industriais, essas medidas de dissipação de calor podem efetivamente melhorar a confiabilidade da operação via em ambientes de alta corrente.
Ajuste de acordo com cenários reais de aplicação
Considere totalmente o ambiente real de uso da placa de circuito impresso, como temperatura de trabalho, umidade, condições de ventilação, etc., e otimize o projeto-do furo passante de acordo. Em ambientes de alta temperatura, aumente adequadamente o tamanho ou o número de furos de passagem; Em ambientes úmidos, reforce as medidas de proteção para furos passantes para evitar uma diminuição na capacidade de sobrecorrente devido à corrosão.