I via dei circuiti stampati fungono da canali conduttivi critici per il collegamento di diversi strati di circuiti e la loro capacità di sovracorrente influisce direttamente sulle prestazioni e sull'affidabilità dell'intero sistema circuitale. Soprattutto in scenari applicativi ad alta corrente, come circuiti di alimentazione, circuiti amplificatori di potenza, ecc., se la capacità di sovracorrente del cavo non viene gestita correttamente, potrebbe causare surriscaldamento locale, distacco del giunto di saldatura e persino bruciare il circuito stampato, con conseguente guasto dell'apparecchiatura.
1, Fattori chiave che influenzano la capacità di flusso-del foro
Diametro e quantità di fori passanti
Il diametro del foro passante-gioca un ruolo decisivo nella sua capacità di flusso. Secondo il principio della densità di corrente, alle stesse condizioni di corrente, maggiore è il diametro del foro passante, maggiore è l'area della sezione trasversale attraverso la quale passa la corrente e minore è la densità di corrente. Ad esempio, in un modulo di potenza ad alta corrente, utilizzando un passante da 0,3 mm di diametro e un passante da 0,5 mm di diametro, quando si passa corrente da 10 A, il passante da 0,3 mm sale rapidamente a 140 gradi a causa dell'elevata densità di corrente, superando di gran lunga l'intervallo di tolleranza del materiale FR4 (generalmente la temperatura di lavoro del materiale FR4 è limitata a meno di 125 gradi), presentando un grave rischio di guasto termico; La temperatura del foro passante da 0,5 mm- rimane stabile a 85 gradi, sempre entro l'intervallo di sicurezza. Inoltre, l'utilizzo di più vie in parallelo può distribuire efficacemente la corrente. Nel caso di una corrente totale di 15A, la temperatura di un singolo vialetto da 0,5mm può arrivare fino a 130 gradi, avvicinandosi alla soglia di pericolo. Tuttavia, dopo aver collegato in parallelo tre vias da 0,5 mm, la temperatura scende a 75 gradi. Quando il numero di vie da 0,5 mm viene aumentato a cinque in parallelo, la temperatura scende ulteriormente a 60 gradi e la stabilità del sistema viene notevolmente migliorata.
Spessore della placcatura in rame
Lo spessore della placcatura in rame sulla parete interna della via ne determina la conduttività. Gli spessori comuni della placcatura in rame includono 18 μm, 25 μm e specifiche superiori. Prendendo come esempio lo stesso diametro di 0,5 mm, quando si passa corrente da 10 A, la temperatura del cavo placcato in rame da 18 μm raggiunge 92 gradi, la temperatura scende a 78 gradi quando placcato con rame da 25 μm e la temperatura del cavo placcato in rame da 50 μm è di soli 65 gradi. Ciò indica che all'aumentare dello spessore della placcatura in rame, la resistenza del passante diminuisce, il calore generato quando la corrente lo attraversa diminuisce e l'effetto di dissipazione del calore viene notevolmente migliorato, migliorando così notevolmente la capacità di sovracorrente del passante.
numero di strati del circuito stampato e metodo di connessione in rame
Il numero di strati del circuito stampato e il metodo di connessione tra il via e lo strato di rame interno influenzeranno il percorso di conduzione termica del via. Nei circuiti stampati multi-strato, se il via può connettersi efficacemente con più strati di rame interni, significa che il calore può essere dissipato attraverso più percorsi, il che è vantaggioso per migliorare la capacità di corrente del via.
Misure di dissipazione del calore
La completezza delle misure di dissipazione del calore influisce notevolmente anche sulla capacità di sovracorrente del foro passante. L'installazione di un foglio di rame per la dissipazione del calore vicino al via può dissipare rapidamente il calore generato dal via e ridurre la temperatura del via. L'uso di canali caldi è altrettanto cruciale in quanto possono dirigere il calore verso altre aree di dissipazione del calore del circuito stampato. Inoltre, il riempimento di materiali di dissipazione del calore, come l'adesivo termoconduttivo attorno al passante, può migliorare efficacemente l'effetto di dissipazione del calore.
condizioni ambientali
La temperatura e il flusso d'aria nell'ambiente di lavoro hanno un impatto innegabile sulla capacità di flusso del foro passante. In ambienti ad alta temperatura, la difficoltà di dissipazione del calore del cavo stesso aumenta e la sua capacità di sovracorrente diminuisce corrispondentemente. Ad esempio, a una temperatura ambiente di 50 gradi, la corrente consentita attraverso il passaggio è inferiore rispetto a una temperatura ambiente di 25 gradi. Un buon flusso d'aria, come il raffreddamento ad aria forzata o condizioni di convezione naturale, può accelerare la dissipazione del calore superficiale attraverso il passaggio e contribuire a migliorare la capacità di flusso del passaggio. In alcuni dispositivi elettronici per esterni, a causa dei grandi sbalzi di temperatura e delle condizioni di ventilazione limitate, è necessario progettare i via con maggiore attenzione per adattarsi alle sfide degli ambienti difficili sulla capacità di sovracorrente.
2, Metodo di valutazione per la capacità di flusso del foro passante-
Secondo i dati di riferimento standard
Attualmente, sebbene non esista uno standard unificato specifico per la capacità di sovracorrente dei via, è possibile fare riferimento ai dati sulla capacità di carico di corrente dei fili di rame dei circuiti stampati nello standard IPC-2152 per una stima preliminare della capacità di sovracorrente dei via. Questo standard fornisce valori di riferimento per la capacità di carico di corrente di diverse larghezze di linea e spessori di rame in specifiche condizioni di aumento della temperatura. Tuttavia, a causa delle differenze tra le strutture dei passanti e i normali fili di rame, questi dati possono essere utilizzati solo come riferimenti approssimativi e devono essere adattati in base alle situazioni specifiche nelle applicazioni pratiche.
prova sperimentale
Il test sperimentale è un metodo diretto e affidabile per valutare la capacità di sovracorrente attraverso-hole. Costruendo un vero e proprio circuito di prova, vengono applicate diverse dimensioni di corrente ai fori passanti e vengono utilizzati sensori di temperatura per monitorare le variazioni di temperatura dei fori passanti in tempo reale. Ad esempio, nell'esperimento, vengono selezionate più vie con le stesse specifiche e vengono fatte passare rispettivamente correnti diverse come 1A, 3A, 5A e vengono registrate le temperature corrispondenti. Il valore corrente al quale la temperatura raggiunge il limite di tolleranza del materiale FR4 è la capacità di sovracorrente massima della via in questa condizione. Questo metodo può riflettere in modo intuitivo le prestazioni dei via nel lavoro pratico, ma il processo sperimentale è-dispendioso in termini di tempo e laborioso ed è influenzato da fattori quali l'ambiente di test e la precisione dell'attrezzatura.
Analisi di simulazione termica
Utilizzando un software di simulazione termica professionale, costruisci un modello termico tridimensionale dei passaggi del circuito stampato per simulare la distribuzione della temperatura dei passaggi sotto diversi carichi di corrente. Nel modello di simulazione è possibile impostare con precisione parametri quali diametro del passante, spessore della placcatura in rame, numero di strati del circuito stampato e condizioni di dissipazione del calore. Modificando questi parametri, è possibile osservare le variazioni di temperatura del via per valutare la capacità di sovracorrente del via. Confrontando la temperatura dei via da 0,3 mm, 0,5 mm e 0,8 mm di diametro con una corrente di 10 A attraverso la simulazione, è chiaro che esistono differenze nella capacità di sovracorrente dei via con diametri diversi. L'analisi della simulazione termica è efficiente e può considerare in modo completo molteplici fattori, fornendo una solida base per l'ottimizzazione tramite la progettazione. Tuttavia, l'accuratezza dei risultati della simulazione dipende dalla razionalità delle impostazioni dei parametri del modello.
3, Strategia di ottimizzazione della progettazione per migliorare la capacità di flusso dei fori passanti
Ottimizza tramite dimensioni e layout
In fase di progettazione, si consiglia di utilizzare via di diametro quanto più grande possibile, preferibilmente maggiore o uguale a 0,5 mm, per ridurre la densità di corrente e minimizzare la generazione di calore. Per le applicazioni ad alta corrente, più via devono essere collegate in parallelo. Per correnti superiori a 5 A, si consiglia di utilizzare via maggiori o uguali a 3 0.5mm. Allo stesso tempo, pianificare ragionevolmente la disposizione delle vie per evitare un'eccessiva concentrazione di vie e prevenire un eccessivo accumulo di calore nelle aree locali. Ad esempio, la connessione via tra il piano di potenza e il piano di terra, con vie distribuite uniformemente, può bilanciare efficacemente la corrente e migliorare la capacità complessiva di sovracorrente.
Aumentare lo spessore della placcatura in rame
Se il processo di produzione della scheda a circuito stampato lo consente, aumentando lo spessore della placcatura in rame sulla parete interna del via a 25 μm o più è possibile ridurre significativamente la resistenza termica del via e migliorarne la capacità di sovracorrente. Ad esempio, in una scheda madre per server che richiede una stabilità energetica estremamente elevata, lo spessore della placcatura in rame sui fori di via è stato aumentato da 18 μm a 35 μm. Dopo il test, la temperatura dei fori passanti è stata significativamente ridotta sotto carichi di corrente elevati e la stabilità del sistema è stata notevolmente migliorata.
Design migliorato per la dissipazione del calore
Disporre un'ampia area di lamina di rame per la dissipazione del calore attorno al passante e garantire una buona connessione tra il passante e il foglio di rame per la dissipazione del calore, fornendo un percorso di conduzione efficiente per il calore. Disporre in modo ragionevole i passaggi termici per disperdere il calore in altre aree di dissipazione del calore del circuito stampato. Inoltre, il rivestimento di materiali di dissipazione del calore come vernice termoconduttiva sulla superficie del passaggio migliora ulteriormente l'effetto di dissipazione del calore. Nei dispositivi elettronici ad alta-potenza, come la progettazione di circuiti stampati di convertitori di frequenza industriali, queste misure di dissipazione del calore possono migliorare efficacemente l'affidabilità del funzionamento in ambienti ad alta corrente.
Regolare in base agli scenari applicativi reali
Considerare pienamente l'ambiente di utilizzo effettivo del circuito stampato, come la temperatura di lavoro, l'umidità, le condizioni di ventilazione, ecc., e ottimizzare di conseguenza la progettazione del foro passante. In ambienti ad alta temperatura, aumentare opportunamente la dimensione o il numero dei fori passanti; In ambienti umidi, rafforzare le misure protettive per i fori passanti per prevenire una diminuzione della capacità di sovracorrente dovuta alla corrosione.