prehodi na plošči tiskanega vezja služijo kot kritični prevodni kanali za povezovanje različnih plasti vezij, njihova zmožnost prevelikega toka pa neposredno vpliva na zmogljivost in zanesljivost celotnega sistema vezja. Zlasti pri visokotokovnih scenarijih uporabe, kot so napajalna vezja, vezja ojačevalnika moči itd., če se zmožnost prekomernega toka prehoda ne obravnava pravilno, lahko povzroči lokalno pregrevanje, ločitev spajkalnega spoja in celo opekline tiskanega vezja, kar povzroči okvaro opreme.
1, Ključni dejavniki, ki vplivajo-na zmogljivost pretoka skozi luknjo
Premer in število skoznjih lukenj
Premer skoznje-luknje ima odločilno vlogo pri njeni pretočni zmogljivosti. V skladu z načelom gostote toka je pri enakih tokovnih pogojih večji kot je premer-skoznje luknje, večja je površina prečnega-prereza, skozi katero teče tok, in manjša je gostota toka. Na primer, v visokotokovnem napajalnem modulu, ki uporablja 0,3 mm premer via in 0,5 mm premer via, pri prehodu toka 10 A se 0,3 mm via hitro dvigne na 140 stopinj zaradi visoke gostote toka, kar daleč presega tolerančno območje materiala FR4 (na splošno je delovna temperatura materiala FR4 omejena na pod 125 stopinj), kar predstavlja resno tveganje toplotne okvare; Temperatura skoznje-luknje 0,5 mm ostaja stabilna pri 85 stopinjah, kar je še vedno znotraj varnega območja. Poleg tega lahko vzporedna uporaba več prehodov učinkovito porazdeli tok. V primeru skupnega toka 15 A lahko temperatura posameznega 0,5 mm prehoda doseže do 130 stopinj, kar se približuje pragu nevarnosti. Vendar pa po vzporedni povezavi treh 0,5 mm priključkov temperatura pade na 75 stopinj. Ko se število 0,5-milimetrskih odprtin poveča na pet vzporednih, temperatura še dodatno pade na 60 stopinj in stabilnost sistema se znatno izboljša.
Debelina bakrene prevleke
Debelina bakrene prevleke na notranji steni prehoda določa njegovo prevodnost. Običajne debeline bakrene prevleke vključujejo specifikacije 18 μm, 25 μm in višje. Če za primer vzamemo enak premer 0,5 mm, pri prehajanju toka 10 A temperatura 18 μm pobakrenega prehoda doseže 92 stopinj, temperatura pade na 78 stopinj, ko je prevlečen s 25 μm bakra, temperatura 50 μm pobakrenega prehoda pa je le 65 stopinj. To kaže, da se z večanjem debeline bakrene prevleke upornost prehoda zmanjša, toplota, ki nastane pri prehajanju toka, se zmanjša, učinek odvajanja toplote pa se znatno izboljša, s čimer se močno poveča zmogljivost prehoda za preobremenitev.
število plasti tiskanega vezja in način bakrene povezave
Število plasti tiskanega vezja in način povezave med prehodom in notranjo bakreno plastjo vplivata na pot toplotnega prevoda prehoda. V več-slojnih tiskanih vezjih, če se prehod lahko učinkovito poveže z več notranjimi bakrenimi plastmi, to pomeni, da se lahko toplota odvaja po več poteh, kar je koristno za izboljšanje zmogljivosti prehoda.
Mere za odvajanje toplote
Popolnost meritev odvajanja toplote močno vpliva tudi na zmožnost nadtokovne -skoznje luknje. Namestitev bakrene folije za odvajanje toplote v bližini odprtine lahko hitro razprši toploto, ki jo ustvari odprtina, in zmanjša temperaturo odprtine. Uporaba vročih prehodov je prav tako ključna, saj lahko usmerijo toploto na druga področja odvajanja toplote na tiskanem vezju. Poleg tega lahko polnilo z materiali za odvajanje toplote, kot je toplotno prevodno lepilo okoli odprtine, učinkovito poveča učinek odvajanja toplote.
okoljske razmere
Temperatura in pretok zraka v delovnem okolju imata neizpodbiten vpliv na-zmogljivost pretoka skozi odprtino. V okoljih z visoko temperaturo se težave pri odvajanju toplote samega prehoda povečajo, njegova nadtokovna zmogljivost pa se ustrezno zmanjša. Na primer, pri temperaturi okolice 50 stopinj je dovoljeni tok skozi prehod manjši kot pri sobni temperaturi 25 stopinj. Dober pretok zraka, kot je prisilno hlajenje zraka ali pogoji naravne konvekcije, lahko pospeši odvajanje površinske toplote skozi pretok in pomaga izboljšati zmogljivost pretoka pretoka. Pri nekaterih zunanjih elektronskih napravah je zaradi velikih temperaturnih sprememb in omejenih prezračevalnih pogojev potrebno previdneje načrtovati prehode, da se prilagodijo izzivom težkih okolij glede pretokovne zmogljivosti.
2, Metoda ocenjevanja pretočne-zmogljivosti skozi luknjo
Po standardnih referenčnih podatkih
Čeprav trenutno ni enotnega standarda posebej za nadtokovno zmogljivost prehodov, se lahko podatki o tokovni nosilnosti bakrenih žic tiskanega vezja v standardu IPC-2152 uporabijo za predhodno oceno nadtokovne zmogljivosti prehodov. Ta standard zagotavlja referenčne vrednosti za tokovno nosilnost različnih širin linij in debelin bakra v posebnih pogojih dviga temperature. Vendar pa se lahko zaradi razlik med via strukturami in navadnimi bakrenimi žicami ti podatki uporabljajo le kot grobe reference in jih je treba prilagoditi glede na posebne situacije v praktičnih aplikacijah.
eksperimentalno testiranje
Eksperimentalno testiranje je neposredna in zanesljiva metoda za ocenjevanje-zmožnosti nadtoka skozi luknjo. Z izgradnjo dejanskega preskusnega vezja se na prehodne odprtine dovajajo različne velikosti toka, temperaturni senzorji pa se uporabljajo za spremljanje temperaturnih sprememb prehodnih odprtin v realnem času. Na primer, v poskusu je izbranih več prehodov z enakimi specifikacijami in skozenj so prevedeni različni tokovi, kot so 1 A, 3 A, 5 A, in zabeležene so ustrezne temperature. Trenutna vrednost, pri kateri temperatura doseže tolerančno mejo materiala FR4, je največja nadtokovna zmogljivost prehoda pod tem pogojem. Ta metoda lahko intuitivno odraža delovanje vias v praktičnem delu, vendar je eksperimentalni postopek dolgotrajen in naporen ter nanj vplivajo dejavniki, kot sta preskusno okolje in natančnost opreme.
Analiza toplotne simulacije
Z uporabo profesionalne programske opreme za toplotno simulacijo sestavite tri{0}}dimenzionalni toplotni model prehodov na tiskanem vezju za simulacijo porazdelitve temperature prehodov pod različnimi tokovnimi obremenitvami. V simulacijskem modelu je mogoče natančno nastaviti parametre, kot so premer prehoda, debelina bakrene prevleke, število plasti tiskanega vezja in pogoji odvajanja toplote. S spreminjanjem teh parametrov je mogoče opazovati temperaturne spremembe prehoda, da se oceni zmožnost pretokovnega toka. Če primerjamo temperaturo odprtin s premerom 0,3 mm, 0,5 mm in 0,8 mm pod tokom 10 A s simulacijo, je jasno, da obstajajo razlike v pretokovni zmogljivosti odprtin z različnimi premeri. Analiza toplotne simulacije je učinkovita in lahko celovito upošteva več dejavnikov, kar zagotavlja močno podlago za optimizacijo prek načrtovanja. Vendar pa je natančnost rezultatov simulacije odvisna od racionalnosti nastavitev parametrov modela.
3, Strategija optimizacije oblikovanja za povečanje pretočne zmogljivosti skozi luknje
Optimizirajte z velikostjo in postavitvijo
V fazi načrtovanja je priporočljivo, da uporabite odprtine večjega premera, kolikor je to mogoče, po možnosti večje od ali enako 0,5 mm, da zmanjšate gostoto toka in zmanjšate nastajanje toplote. Pri aplikacijah z velikim tokom je treba vzporedno povezati več priključkov. Za tokove, večje od 5 A, je priporočljiva uporaba prehodov večjih od ali enakih 3 0.5 mm. Hkrati načrtujte razporeditev prehodov razumno, da se izognete pretirani koncentraciji prehodov in preprečite prekomerno kopičenje toplote na lokalnih območjih. Na primer, povezava med napajalno in ozemljitveno ravnino z enakomerno porazdeljenimi prehodi lahko učinkovito uravnoteži tok in izboljša splošno pretokovno zmogljivost.
Povečajte debelino bakrene prevleke
Če postopek izdelave tiskanega vezja dopušča, lahko povečanje debeline bakrene prevleke na notranji steni prehoda na 25 μm ali več znatno zmanjša toplotni upor prehoda in poveča njegovo pretokovno zmogljivost. Na primer, v matični plošči strežnika, ki zahteva izredno visoko stabilnost napajanja, je bila debelina bakrene prevleke na prehodnih luknjah povečana z 18 μm na 35 μm. Po testiranju se je temperatura prehodnih odprtin znatno zmanjšala pri visokih tokovnih obremenitvah, stabilnost sistema pa se je močno izboljšala.
Izboljšana zasnova za odvajanje toplote
Položite veliko površino bakrene folije za odvajanje toplote okoli odprtine in zagotovite dobro povezavo med odprtino in bakreno folijo za odvajanje toplote, kar zagotavlja učinkovito prevodno pot za toploto. Razumno razporedite toplotne prehode za razpršitev toplote na druga področja odvajanja toplote na tiskanem vezju. Poleg tega nanos materialov za odvajanje toplote, kot je toplotno prevodna barva, na površino prehoda dodatno poveča učinek odvajanja toplote. Pri visoko-zmogljivih elektronskih napravah, kot je zasnova tiskanega vezja industrijskih frekvenčnih pretvornikov, lahko ti ukrepi za odvajanje toplote učinkovito izboljšajo zanesljivost delovanja preko v okoljih z visokim tokom.
Prilagodite glede na dejanske scenarije uporabe
V celoti upoštevajte dejansko okolje uporabe tiskanega vezja, kot so delovna temperatura, vlažnost, prezračevalni pogoji itd., in ustrezno optimizirajte zasnovo skoznje{1}}luknje. V okoljih z visoko temperaturo ustrezno povečajte velikost ali število odprtin; V vlažnem okolju okrepite zaščitne ukrepe za skoznje luknje, da preprečite zmanjšanje pretokovne zmogljivosti zaradi korozije.