دليل هندسي22 أبريل 2026• 10 min read
متى يتم استخدام الممرات الحرارية تحت المكونات الساخنة
إجابة سريعة
استخدم الممرات الحرارية تحت المكونات الساخنة عندما تشتمل العبوة على وسادة مكشوفة أو مصدر حرارة مركز، ولا يستطيع النحاس الموجود في الطبقة العليا وحده نقل الحرارة إلى نحاس داخلي أو سفلي أكبر. عادةً ما تكون تستحق الإضافة للمنظمات، وشبكات QFN للطاقة، ومصابيح LED، ومشغلات المحركات، ومراحل MOSFET المدمجة التي تزيد عن 1 وات إلى 2 وات تقريبًا من التبديد المحلي، ولكن يجب مراجعتها بعناية عند فتل اللحام، عبر تكلفة التعبئة، أو تباعد العزل، أو إنتاجية التجميع هي القيد الأكبر.
أهم النقاط
- •تعتبر المداخل الحرارية ذات قيمة أكبر عندما يتم احتجاز الحرارة في منطقة صغيرة من الوسادة، وليس عندما يكون لدى اللوحة بالفعل ما يكفي من النحاس وتدفق الهواء في الجانب العلوي.
- •تعد حزم الوسادة المكشوفة، والوسادات الحرارية LED، ووحدات تحكم DC/DC، والمنظمات الخطية، ومراحل MOSFET المدمجة هي الحالات الأكثر شيوعًا حيث تؤتي المصفوفة عبر ثمارها.
- •يمكن أن يؤدي فتح الفتحات مباشرة في الوسادات القابلة للحام إلى الإضرار بإنتاجية التجميع؛ غالبًا ما تكون منافذ الخيام أو الموصلة أو المملوءة هي خيار الإنتاج الأكثر أمانًا.
- •يجب أن يتم تحديد حجم المصفوفة الحرارية مع مساحة النحاس وانتشار الجانب السفلي ومسار الحرارة الفعلي إلى الهيكل أو تدفق الهواء.
استخدم الممرات الحرارية تحت المكونات الساخنة عندما تحاول وسادة الحزمة الصغيرة التخلص من حرارة أكثر مما يمكن للطبقة العليا أن تنتشر من تلقاء نفسها. من الناحية العملية، تكون مفيدة للغاية في ظل منظمات الألواح المكشوفة، وشبكات QFN، ومصابيح LED، ووحدات MOSFET، ووحدات الطاقة المدمجة حيث تكون كثافة الحرارة المحلية عالية ويكون لديك نحاس مفيد في الطبقات الداخلية أو السفلية لاستقبال تلك الحرارة. إذا كان الجانب العلوي يحتوي بالفعل على كمية كافية من النحاس، أو تدفق الهواء، أو مسار المبدد الحراري المباشر، فقد يؤدي المزيد من الممرات إلى زيادة التعقيد دون فائدة كبيرة.
أسرع سير عمل هندسي هو التحقق من ثلاثة عناصر معًا: التبديد المحلي، ومنطقة النحاس المتاحة، وطريقة التجميع. ابدأ باستخدام حاسبة عرض التتبع للمسارات الحالية، وعبر الحاسبة الحالية للمشاركة عبر الاختناقات، وحاسبة السعة الحالية عندما يحمل نفس المسار النحاسي أيضًا تيارًا ذا معنى.
استخدم فيا الحرارية عندما تتركز الحرارة في وسادة صغيرة
السؤال الرئيسي ليس ما إذا كان المكون يعمل بشكل دافئ. والسؤال الحقيقي هو ما إذا كانت الحرارة محاصرة في مساحة صغيرة مع مساحة انتشار قليلة للغاية للطبقة العليا. قد لا يحتاج الطراز TO-220 الكبير المزود بحامل هيكل إلى فتحات أسفل اللوحة على الإطلاق، بينما يمكن لمنظم باك QFN الصغير الاستفادة على الفور لأن معظم حرارته تخرج من خلال مجداف حراري واحد مكشوف.
تكون المداخل الحرارية أكثر فعالية عندما تقوم بتوصيل مصدر الحرارة المركز بالنحاس الذي يساعد بالفعل: مستوى داخلي، أو فيضان نحاسي سفلي، أو منطقة مدعومة بالمعدن، أو واجهة مبدد حراري ثانوي. إذا تم تقطيع الطبقات المستقبلة عن طريق الطائرات المنقسمة، أو قيود الخلوص، أو التوجيه الكثيف، فلن يكون للمجال عبر أي مكان مفيد لإرسال الحرارة.
ولهذا السبب ينتمي القرار إلى نفس المراجعة مثل التخطيط الحراري عبر الإشارة مقابل التخطيط واستراتيجية الطبقة الداخلية مقابل الطبقة الخارجية. المصفوفة عبر ليست حلاً سحريًا. إنه جزء من مسار أكبر لنشر الحرارة.
التوصية المباشرة: أضف منافذ حرارية عندما تحتوي العبوة على وسادة مكشوفة وسيعتمد المنتج بخلاف ذلك على جزيرة نحاسية صغيرة علوية لإزالة ما يزيد عن 1 وات إلى 2 وات تقريبًا من الحرارة المحلية.
مصفوفة القرار: عندما تكون الممرات الحرارية تستحق العناء
| حالة المكون | هل تستخدم المداخل الحرارية؟ | نقطة بداية جيدة | الحذر الرئيسي |
|---|---|---|---|
| منظم QFN أو DFN مع لوحة مكشوفة، حوالي 1 واط إلى 3 واط خسارة محلية | عادة نعم | 4-9 طرق تحت اللوحة مرتبطة بالنحاس الداخلي والسفلي | منع فتل اللحام باستخدام فتحات موصلة أو مملوءة أو مثبتة بعناية |
| LED عالي السطوع على لوحة FR-4 | عادةً نعم | كثيف عبر المجال تحت سبيكة حرارية في الواجهة النحاسية أو المعدنية الخلفية | لا يزال الجانب السفلي يحتاج إلى منطقة نشر حقيقية أو اقتران هيكل |
| مرحلة الطاقة MOSFET مع صب قوي من الأعلى والأسفل | في كثير من الأحيان نعم | استخدم المنافذ بالقرب من اللوحة الحرارية وحلقة التيار، ليس فقط في زاوية واحدة | لا تقم بإنشاء اختناقات حالية أو اختناقات طويلة حول المصفوفة |
| منظم خطي يبدد أقل من حوالي 0.5 واط مع تدفق هواء مفتوح | في كثير من الأحيان ليس من الضروري | جرب النحاس العلوي الأكبر أولاً | قد تضيف المنافذ الإضافية تكلفة مع مكاسب قليلة قابلة للقياس |
| الوحدة مرتبطة بالفعل بالمبدد الحراري أو الهيكل من الجانب العلوي | ربما | استخدم المنافذ فقط إذا كان PCB لا يزال جزءًا من مسار الحرارة المقصود | لا تفترض أن المزيد من المنافذ تساعد عندما يكون المسار السائد في مكان آخر |
| لوحة حساسة للعزل أو الجهد العالي مع قواعد زحف محكمة | كل حالة على حدة | راجع تباعد الأمان قبل إضافة أي مصفوفة | لا يبرر الكسب الحراري انتهاك الخلوص أو الزحف |
هذه المصفوفة عملية عن عمد: يتم تبرير المصفوفة الحرارية عبر الكثافة الحرارية ومسار الحرارة الحقيقي في اتجاه مجرى النهر، وليس عن طريق العادة.
أفضل المرشحين: المنظمات، ومصابيح LED، ومحركات الأقراص، ومراحل الطاقة الكثيفة
هذه أيضًا هي التصميمات التي غالبًا ما يحتاج المهندسون فيها إلى المراجعة الحرارية والكهربائية في نفس الوقت. قد يتعامل نفس النحاس الموجود أسفل MOSFET أو لوحة المنظم مع توزيع الحرارة ونقل التيار والتحكم في مسار العودة معًا. ولهذا السبب فإن عبر دليل المقاسات وأمثلة ارتفاع درجة الحرارة IPC-2152 تعتبر مراجع مصاحبة مفيدة.
- منظمات باك، والتعزيز، وLDO ذات منصات مكشوفة: غالبًا ما تقوم هذه الحزم بتوجيه معظم الحرارة عبر اللوحة المركزية، لذلك يمكن أن تقلل الممرات الموجودة أسفل تلك اللوحة من درجة حرارة الوصلة ماديًا عندما تكون اللوحة مضغوطة.
- برامج تشغيل المحرك ودوائر تشغيل البوابة: تجمع هذه الأجهزة بين فقدان التبديل، وفقدان التوصيل، ومنطقة البصمة المحدودة غالبًا، مما يجعل اللوحة المكشوفة بمثابة المخرج الحراري الطبيعي.
- مصابيح LED عالية الطاقة: يرتبط عمر LED بقوة بدرجة حرارة الوصلة. إذا كان ثنائي الفينيل متعدد الكلور جزءًا من السلسلة الحرارية، فعادةً ما تكون المنافذ الموجودة أسفل البزاقة ممارسة قياسية.
- وحدات MOSFET المدمجة وتخطيطات مرحلة الطاقة: عندما تكون المنطقة النحاسية القريبة من الجهاز مقيدة بأهداف الحث الحلقي، يمكن للممرات الحرارية نقل الحرارة إلى الأسفل دون فرض مسار أطول في الجانب العلوي.
- وحدات الطاقة في معيار FR-4: إذا كانت لوحة الوحدة صغيرة بالنسبة للتبديد، فإن المنافذ تساعد على نشر الحرارة في مساحة أكبر من اللوحة قبل الانتقال إلى النحاس الأثقل أو المبدد الحراري الخارجي.
عندما تكون الممرات الحرارية هي الحل الخاطئ الأول
غالبًا ما تقفز فرق التصميم إلى الممرات الحرارية نظرًا لسهولة رسمها. ولكن إذا كان المسار الحراري يهيمن عليه تدفق هواء ضعيف، أو جدار مغلق، أو عنق نحاسي صغير الحجم في مكان آخر، فإن مصفوفة العبور لن تحل القيد الحقيقي.
"تعد الممرات الحرارية أداة قوية، ولكن فقط بعد أن يكون لدى اللوحة مكان مفيد لإرسال الحرارة. أفضل أن أرى ستة فتحات موضوعة جيدًا في النحاس الصلب بدلاً من عشرين قناة في نهايات حرارية مسدودة."
إضافة فتحات قبل توسيع مساحة النحاس السهلة. إذا كان لا يزال لدى اللوحة مساحة لصب علوي أكبر، فقد يؤدي ذلك إلى شراء هامش حراري بسعر أرخص من المعالجة عبر اللوحة.
استخدام المجاري الحرارية مع عدم استقبال النحاس. لا يمكن للمجال الذي يهبط في النحاس المجزأ أو آثار ضيقة أسفل الجزء أن ينقل الحرارة بشكل فعال.
تجاهل ناتج التجميع. يمكن أن تؤدي الفتحات المفتوحة في الوسادات القابلة للحام إلى سرقة اللحام وإمالة QFNs أو تقليل التحكم في الإفراغ.
استخدام مثاقب صغيرة تتجاوز منطقة الراحة الرائعة. لا تساعد المصفوفة القوية إلا إذا تمكن المورد من بنائها بشكل متسق وبتكلفة مقبولة.
نسيان عنق الزجاجة الحراري الحقيقي. في بعض الأحيان تكون النقطة الأكثر سخونة هي المحث، أو الموصل، أو التحويلة، أو واجهة الغلاف، وليس لوحة IC نفسها.
قائمة مراجعة التخطيط للمنافذ الحرارية تحت المكونات الساخنة
| نقطة تفتيش | كيف تبدو جيدة | العلم الأحمر |
|---|---|---|
| مسار حرارة الحزمة | تظهر ورقة البيانات اللوحة المكشوفة أو البزاقة كمخرج حراري رئيسي | تمت إضافة الممرات الحرارية على الرغم من أن الحزمة تبرد بشكل أساسي في مكان آخر |
| تلقي النحاس | توفر الطبقات الداخلية أو السفلية معنى منطقة النحاس أسفل الجزء | Vias الأرض في النحاس المقطوع مع قيمة انتشار قليلة |
| عبر العملية | الاختيار المفتوح أو المغطى أو الموصل أو المملوء يطابق خطر التجميع | لم يؤكد أحد الانتهاء من خلال التصنيع والمجمع |
| الملعب والحفر | المصفوفة تناسب هندسة اللوحة و قواعد الحفر القابلة للتصنيع الخاصة بالمورد | المصفوفة كثيفة جدًا لدرجة أن الحلقة الحلقية أو القناع أو العائد تصبح هامشية |
| تفاعل المسار الحالي | لا يزال النحاس الموجود حول المصفوفة يدعم تدفق التيار والعودة بشكل نظيف | يفرض المصفوفة تضييقًا على الرقبة أو تحويلات تيار غير ملائمة |
| التحقق الحراري | لدى الفريق هامش مستهدف أو علبة أو درجة حرارة اللوحة | تمت إضافة الممرات الحرارية بدون هدف مُقاس أو مقدر |
قواعد البدء الموصى بها للمهندسين والمشترين
- اقرأ التوجيه الحراري للحزمة أولاً وتأكد مما إذا كانت الوسادة المكشوفة هي مسار الحرارة الأساسي.
- قم بتقدير التبديد المحلي واسأل ما إذا كان النحاس العلوي وحده يمكنه نشره ضمن ارتفاع درجة الحرارة المسموح به.
- إذا لم يكن الأمر كذلك، أضف مجموعة أولية مكونة من 4-9 فتحات تقريبًا على مسافة تتراوح من 0.8 مم إلى 1.2 مم للعديد من منصات الطاقة الصغيرة، ثم قم بالقياس بدءًا من حجم الحزمة وقواعد التصنيع الرائعة.
- قرر مبكرًا ما إذا كانت اللوحة تحتاج إلى فتحات مفتوحة أو خيمة أو موصلة أو مملوءة بناءً على حجم التجميع وأهداف الإنتاجية.
- قم بمراجعة نفس المنطقة بحثًا عن الاختناقات الحالية، خاصة إذا كان الجزء يتعامل أيضًا مع التيار العالي.
- قم بقياس نموذج أولي واحد باستخدام المزدوجات الحرارية أو الأشعة تحت الحمراء بالإضافة إلى الحمل الكهربائي، ثم اضبط المصفوفة أو المنطقة النحاسية أو مواصفات التجميع من البيانات الحقيقية.
- → حاسبة عرض التتبع لتحجيم مسار النحاس
- → عبر الحاسبة الحالية للمنافذ الكهربائية والحرارية المشتركة
- → حاسبة التخفيف الحراري لـ مقايضات قابلية اللحام
- → عبر دليل الحجم لاختيار العد والحفر والخطوة
- → الحرارية عبر الإشارة مقابل الإشارة عبر دليل غرض التصميم
بالنسبة لمعظم برامج PCB العملية، يكون هدف البحث وراء هذا الموضوع بسيطًا: متى يتم إجراء مجموعة الحرارية عبر تحت المكون تساعد فعلا؟ الجواب هو عندما تدفع الحزمة الحرارة إلى وسادة صغيرة، يمكن للوحة نشر تلك الحرارة إلى النحاس الآخر، ويمكن لطريقة التجميع دعم الهيكل عبر دون الإضرار بالإنتاج.
الوسوم
Thermal ViasThermal PadPCB Thermal DesignPower PCBVia Array
Related Tools & Resources
Trace Width Calculator
Calculate PCB trace width for your current requirements
Via Current Calculator
Calculate via current capacity and thermal performance
Thermal Relief Calculator
Design thermal relief patterns for soldering
Current Capacity Calculator
Calculate maximum safe current for PCB traces
FR4 Trace Calculator
Trace calculations for standard FR4 PCB material
Robotics Control PCB Design
Servo drives, feedback routing, and safety-focused robot control boards
مقالات ذات صلة
الأسئلة الشائعة السريعة
في أي مستوى من الطاقة يجب أن أفكر في المنافذ الحرارية ضمن أحد المكونات؟
نقطة البداية العملية هي حوالي 1 وات إلى 2 وات من التبديد المحلي في عبوة مدمجة، خاصة عندما تحتوي العبوة على وسادة مكشوفة ولا يمكن للوحة توزيع الحرارة بشكل جيد على الطبقة العليا وحدها. وفي المنتجات المختومة أو التصميمات ذات الأجواء المحيطة العالية، يمكن أن تكون العتبة أقل.
هل تعمل المنافذ الحرارية دائمًا على تقليل درجة حرارة المكونات؟
لا، فهي تساعد فقط عند توصيل مصدر الحرارة بمنطقة نحاسية مفيدة أو مسار تبريد آخر. إذا كان الجانب السفلي مزدحمًا أو معزولًا أو مسدودًا حراريًا، فقد تؤدي المزيد من المنافذ إلى زيادة التكلفة دون انخفاض كبير في درجة الحرارة.
هل يجب أن تكون الممرات الحرارية مفتوحة، أو خيمة، أو موصلة، أو مملوءة؟
بالنسبة للوسادات القابلة للحام، عادةً ما تكون الفتحات الموصولة أو المملوءة أكثر أمانًا لأنها تقلل من فتل اللحام. يمكن أن تعمل المنافذ المفتوحة مع النماذج الأولية وبعض التجميعات غير الحرجة، ولكنها تزيد من مخاطر الإنتاجية. يمكن أن تساعد منافذ الخيام في حالات الخدمة الخفيفة إذا كان المصنع قادرًا على حمل القناع بشكل موثوق.
كم عدد الفوهات الحرارية التي يجب أن أبدأ بها تحت وسادة ساخنة؟
بالنسبة للعديد من منظمات وسائقي QFN، يكون التمرير الأول من 4 إلى 9 ممرات على مسافة 0.8 مم إلى 1.2 مم تقريبًا داخل منطقة اللوحة المكشوفة، ثم اضبط من حجم العبوة وحدود الحفر ومنطقة النحاس والهامش الحراري المُقاس.
ما الذي يجب على المشتري تأكيده مع مورد ثنائي الفينيل متعدد الكلور قبل الموافقة على المنافذ الحرارية في الفوط؟
قم بتأكيد حجم الحفر النهائي، ونسبة العرض إلى الارتفاع، من خلال عملية التوصيل أو التعبئة، والتخطيط، وإمكانية قناع اللحام، وأي تكلفة إضافية أو مهلة زمنية. تعد استراتيجية النقل الحراري جزئيًا قرارًا للتصنيع، وليس فقط قرارًا للتخطيط.
Ready to Calculate?
Put your knowledge into practice with our free PCB design calculators.