prokovy desek plošných spojů slouží jako kritické vodivé kanály pro spojování různých vrstev obvodů a jejich nadproudová schopnost přímo ovlivňuje výkon a spolehlivost celého systému obvodů. Zejména ve scénářích aplikací s vysokým proudem, jako jsou výkonové obvody, obvody výkonového zesilovače atd., pokud není nadproudová schopnost prokovu správně ošetřena, může to způsobit místní přehřátí, oddělení pájeného spoje a dokonce spálení desky s plošnými spoji, což vede k poruše zařízení.
1, Klíčové faktory ovlivňující-průtokovou kapacitu otvoru
Průměr a počet průchozích otvorů
Průměr průchozího otvoru- hraje rozhodující roli v jeho průtokové kapacitě. Podle principu proudové hustoty za stejných proudových podmínek platí, že čím větší je průměr průchozího otvoru, tím větší je plocha průřezu, kterou proud prochází, a tím nižší je proudová hustota. Například ve vysokoproudovém napájecím modulu, který používá průchozí průměr 0,3 mm a průchozí průměr 0,5 mm, při průchodu proudu 10A se průchod 0,3 mm rychle zvýší na 140 stupňů kvůli vysoké proudové hustotě, daleko přesahující toleranční rozsah materiálu FR4 (obecně je pracovní teplota materiálu FR4 omezena na méně než 125 stupňů), což představuje vážné riziko tepelného selhání; Teplota průchozího otvoru 0,5 mm zůstává stabilní na 85 stupních, stále v bezpečném rozsahu. Kromě toho, použití více průchodů paralelně může efektivně distribuovat proud. V případě celkového proudu 15A může teplota jednoho 0,5mm průchodu dosáhnout až 130 stupňů, což se blíží prahu nebezpečí. Po paralelním zapojení tří 0,5mm průchodů však teplota klesne na 75 stupňů. Když se počet 0,5mm průchodů zvýší na pět paralelně, teplota dále klesne na 60 stupňů a stabilita systému se výrazně zlepší.
Tloušťka měděného pokovení
Tloušťka měděného pokovení na vnitřní stěně prokovu určuje jeho vodivost. Běžné tloušťky měděného pokovení zahrnují 18 μm, 25 μm a vyšší specifikace. Vezmeme-li jako příklad stejný průměr 0,5 mm průchodu, při průchodu proudu 10A dosáhne teplota 18 μm měděného průchodu 92 stupňů, teplota klesne na 78 stupňů při pokovení mědí 25μm a teplota 50μm měděného průchodu je pouze 65 stupňů. To ukazuje, že jak se tloušťka měděného pokovení zvětšuje, odpor prokovu klesá, teplo generované při průchodu proudu klesá a účinek rozptylu tepla se výrazně zlepšuje, čímž se značně zvyšuje nadproudová schopnost prokovu.
číslo vrstvy desky s plošnými spoji a způsob připojení mědi
Počet vrstev desky s plošnými spoji a způsob spojení mezi prokovem a vnitřní měděnou vrstvou ovlivní dráhu tepelné vodivosti prokovu. Pokud se ve vícevrstvých deskách s plošnými spoji může prokov efektivně spojit s více vnitřními měděnými vrstvami, znamená to, že teplo může být rozptýleno více cestami, což je výhodné pro zlepšení kapacity proudu prokovu.
Opatření pro odvod tepla
Úplnost opatření pro odvod tepla také výrazně ovlivňuje nadproudovou kapacitu průchozího otvoru. Nastavení měděné fólie pro odvod tepla v blízkosti prokovu může rychle odvést teplo generované prokovem a snížit teplotu prokovu. Použití horkých průchodů je stejně důležité, protože mohou nasměrovat teplo do jiných oblastí rozptylu tepla na desce s plošnými spoji. Kromě toho výplň materiálů rozptylujících teplo, jako je tepelně vodivé lepidlo kolem prokovu, může účinně zvýšit účinek rozptylu tepla.
podmínky prostředí
Teplota a proudění vzduchu v pracovním prostředí mají nepopiratelný vliv na průtočnou kapacitu-otvoru. V prostředí s vysokou teplotou vzrůstá obtížnost odvádění tepla samotným průchodem a odpovídajícím způsobem klesá jeho nadproudová kapacita. Například při okolní teplotě 50 stupňů je proud procházející průchodem nižší než při pokojové teplotě 25 stupňů. Dobré proudění vzduchu, jako je nucené chlazení vzduchu nebo podmínky přirozené konvekce, může urychlit rozptyl povrchového tepla skrz prokov a pomoci zlepšit kapacitu průtoku prokovem. V některých venkovních elektronických zařízeních je kvůli velkým teplotním změnám a omezeným podmínkám ventilace nutné navrhovat průchody pečlivěji, aby se přizpůsobily náročným podmínkám nadproudové kapacity.
2, Metoda hodnocení průtočné-kapacity otvoru
Podle standardních referenčních údajů
V současné době, přestože neexistuje jednotná norma specificky pro nadproudovou kapacitu prokovů, lze pro předběžný odhad nadproudové kapacity prokovů použít údaje o proudové zatížitelnosti měděných vodičů desek plošných spojů v normě IPC-2152. Tato norma poskytuje referenční hodnoty pro proudovou zatížitelnost různých šířek vedení a tloušťky mědi za specifických podmínek nárůstu teploty. Vzhledem k rozdílům mezi propojovacími strukturami a běžnými měděnými dráty však mohou být tato data použita pouze jako hrubé reference a je třeba je upravit podle konkrétních situací v praktických aplikacích.
experimentální testování
Experimentální testování je přímou a spolehlivou metodou pro vyhodnocení-nadproudové schopnosti skrz díru. Vytvořením skutečného testovacího obvodu se do průchozích otvorů přivádějí různé velikosti proudu a teplotní senzory se používají ke sledování teplotních změn průchozích otvorů v reálném čase. Například v experimentu je vybráno více prokovů stejných specifikací a procházejí jimi různé proudy, jako je 1A, 3A, 5A, a jsou zaznamenány odpovídající teploty. Hodnota proudu, při které teplota dosáhne tolerančního limitu materiálu FR4, je maximální nadproudová kapacita prokovu za těchto podmínek. Tato metoda může intuitivně odrážet výkon prokovů v praktické práci, ale experimentální proces je časově-náročný a pracný a je ovlivněn faktory, jako je testovací prostředí a přesnost zařízení.
Termální simulační analýza
Pomocí profesionálního softwaru pro tepelnou simulaci vytvořte trojrozměrný tepelný model prokovů na desce s plošnými spoji, abyste mohli simulovat rozložení teploty prokovů při různém proudovém zatížení. V simulačním modelu lze přesně nastavit parametry, jako je průměr průchodu, tloušťka pokovení mědi, číslo vrstvy desky s plošnými spoji a podmínky odvodu tepla. Změnou těchto parametrů lze pozorovat změny teploty průchodu a vyhodnotit nadproudovou schopnost průchodu. Porovnáním teploty prokovů o průměru 0,3 mm, 0,5 mm a 0,8 mm pod proudem 10 A prostřednictvím simulace je jasné, že existují rozdíly v nadproudové kapacitě prokovů s různými průměry. Termální simulační analýza je účinná a dokáže komplexně zohlednit více faktorů, což poskytuje silný základ pro optimalizaci prostřednictvím návrhu. Přesnost výsledků simulace však závisí na racionalitě nastavení parametrů modelu.
3, Návrh strategie optimalizace pro zvýšení průtokové kapacity průchozích otvorů
Optimalizujte pomocí velikosti a rozvržení
Ve fázi návrhu se doporučuje používat co nejvíce prokovy s větším průměrem, nejlépe větším nebo rovným 0,5 mm, aby se snížila proudová hustota a minimalizovala tvorba tepla. Pro aplikace s vysokým proudem by mělo být paralelně zapojeno více průchodů. Pro proudy větší než 5A se doporučuje použít prokovy větší nebo rovné 3 0.5mm. Současně plánujte rozmístění prokovů rozumně, abyste se vyhnuli nadměrné koncentraci prokovů a zabránili nadměrné akumulaci tepla v místních oblastech. Například propojovací spojení mezi napájecí rovinou a zemní plochou, s rovnoměrně rozloženými prokovy, může účinně vyrovnávat proud a zlepšit celkovou nadproudovou schopnost.
Zvětšete tloušťku měděného pokovení
Pokud to proces výroby desky s plošnými spoji umožňuje, zvýšení tloušťky poměděného povlaku na vnitřní stěně prokovu na 25 μm nebo více může výrazně snížit tepelný odpor prokovu a zvýšit jeho nadproudovou schopnost. Například u základní desky serveru, která vyžaduje extrémně vysokou stabilitu napájení, byla tloušťka měděného pokovení na průchozích otvorech zvýšena z 18 μm na 35 μm. Po testování se teplota průchozích otvorů výrazně snížila při vysokém proudovém zatížení a stabilita systému se výrazně zlepšila.
Vylepšený design odvodu tepla
Kolem prokovu položte velkou plochu měděné fólie odvádějící teplo a zajistěte dobré spojení mezi průchozím spojem a měděnou fólií odvádějící teplo, která poskytuje účinnou cestu pro vedení tepla. Rozumně uspořádejte tepelné průchody, aby se teplo rozptýlilo do dalších oblastí rozptylu tepla na desce s plošnými spoji. Kromě toho potažení materiálů rozptylujících teplo, jako je tepelně vodivá barva na povrchu prokovu, dále zvyšuje účinek rozptylu tepla. Ve vysokovýkonných elektronických zařízeních, jako je konstrukce desek plošných spojů průmyslových frekvenčních měničů, mohou tato opatření pro odvod tepla účinně zlepšit spolehlivost provozu via v prostředí s vysokým proudem.
Upravte podle aktuálních scénářů aplikace
Plně zvažte skutečné prostředí použití desky s plošnými spoji, jako je pracovní teplota, vlhkost, podmínky ventilace atd., a podle toho optimalizujte návrh průchozího otvoru. V prostředí s vysokou teplotou vhodně zvyšte velikost nebo počet průchozích otvorů; Ve vlhkém prostředí posilněte ochranná opatření pro průchozí otvory, abyste zabránili snížení nadproudové kapacity v důsledku koroze.