Οδηγός μηχανικής22 Απριλίου 2026• 10 min read
Πότε να χρησιμοποιείτε τις θερμικές διόδους κάτω από θερμά εξαρτήματα
Γρήγορη απάντηση
Χρησιμοποιήστε θερμικές διόδους κάτω από καυτά εξαρτήματα όταν η συσκευασία περιλαμβάνει εκτεθειμένο μαξιλαράκι ή συγκεντρωμένη πηγή θερμότητας και ο χαλκός του επάνω στρώματος μόνος δεν μπορεί να μεταφέρει τη θερμότητα σε μεγαλύτερο εσωτερικό ή κάτω χαλκό. Συνήθως αξίζει να προστεθούν για ρυθμιστές, power QFN, LED, προγράμματα οδήγησης κινητήρα και συμπαγή στάδια MOSFET πάνω από περίπου 1W έως 2W τοπικής διαρροής, αλλά θα πρέπει να εξετάζονται προσεκτικά όταν η απομάκρυνση της συγκόλλησης, μέσω του κόστους πλήρωσης, της απόστασης απομόνωσης ή της απόδοσης συναρμολόγησης είναι ο μεγαλύτερος περιορισμός.
Κύρια σημεία
- •Οι θερμικές διόδους είναι πιο πολύτιμες όταν η θερμότητα παγιδεύεται σε μια μικρή περιοχή μαξιλαριού, όχι όταν η πλακέτα έχει ήδη αρκετό χαλκό και ροή αέρα στην επάνω πλευρά.
- •Τα πακέτα εκτεθειμένων επιφανειών, τα θερμικά μαξιλαράκια LED, οι ελεγκτές DC/DC, οι γραμμικοί ρυθμιστές και τα συμπαγή στάδια MOSFET είναι οι πιο συνηθισμένες περιπτώσεις όπου μια συστοιχία via αποδίδει.
- •Το ανοιχτό στόμιο απευθείας σε συγκολλούμενα τακάκια μπορεί να βλάψει την απόδοση της συναρμολόγησης. Οι τεντωμένες, βουλωμένες ή γεμισμένες βαλβίδες είναι συχνά η ασφαλέστερη επιλογή παραγωγής.
- •Μια συστοιχία θερμικής διέλευσης πρέπει να έχει μέγεθος μαζί με την περιοχή χαλκού, την εξάπλωση από την κάτω πλευρά και την πραγματική διαδρομή θερμότητας στο πλαίσιο ή τη ροή αέρα.
Χρησιμοποιήστε θερμικές διόδους κάτω από ζεστά εξαρτήματα όταν ένα μικρό μαξιλαράκι συσκευασίας προσπαθεί να απορρίψει περισσότερη θερμότητα από ό,τι μπορεί να εξαπλωθεί από μόνο του το επάνω στρώμα. Στην πράξη, είναι πιο χρήσιμα κάτω από ρυθμιστές εκτεθειμένου μαξιλαριού, QFN, LED, MOSFET και συμπαγείς μονάδες ισχύος όπου η τοπική πυκνότητα θερμότητας είναι υψηλή και έχετε ουσιαστικό χαλκό στα εσωτερικά ή κάτω στρώματα για να λάβετε αυτήν τη θερμότητα. Εάν η επάνω πλευρά έχει ήδη άφθονο χαλκό, ροή αέρα ή απευθείας διαδρομή ψύκτρας, περισσότερες διόδους μπορεί να προσθέσουν πολυπλοκότητα χωρίς μεγάλο όφελος.
Η ταχύτερη ροή εργασιών μηχανικής είναι ο έλεγχος τριών στοιχείων μαζί: τοπική διασπορά, διαθέσιμη περιοχή χαλκού και μέθοδος συναρμολόγησης. Ξεκινήστε με τον Υπολογιστή πλάτους ίχνους για τις τρέχουσες διαδρομές, τον Μέσω του Υπολογιστή ρεύματος για κοινή χρήση μέσω σημείων συμφόρησης και τον Υπολογισμό τρέχοντος αυτοκινήτουCurrent Current Capperaac.
Χρησιμοποιήστε θερμικές διόδους όταν η θερμότητα συγκεντρώνεται σε ένα μικρό επίθεμα
Το βασικό ερώτημα δεν είναι αν το εξάρτημα λειτουργεί ζεστό. Το πραγματικό ερώτημα είναι εάν η θερμότητα παγιδεύεται σε ένα μικρό αποτύπωμα με πολύ μικρή επιφάνεια εξάπλωσης του επάνω στρώματος. Ένας μεγάλος TO-220 με βάση πλαισίου μπορεί να μην χρειάζεται καθόλου vias κάτω από το μαξιλαράκι, ενώ ένας μικροσκοπικός ρυθμιστής buck QFN μπορεί να ωφεληθεί αμέσως επειδή το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητάς του εξέρχεται από ένα εκτεθειμένο θερμικό κουπί.
Οι θερμικές διόδους είναι πιο αποτελεσματικές όταν συνδέουν αυτή τη συγκεντρωμένη πηγή θερμότητας σε χαλκό που πραγματικά βοηθά: ένα εσωτερικό επίπεδο, μια πλημμύρα χαλκού στο κάτω μέρος, μια περιοχή με μεταλλική βάση ή μια δευτερεύουσα διεπαφή ψύκτρας. Εάν τα στρώματα λήψης τεμαχιστούν από διαχωρισμένα επίπεδα, περιορισμούς απόστασης ή πυκνή δρομολόγηση, τότε το πεδίο via δεν έχει πουθενά χρήσιμο για να στείλει τη θερμότητα.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η απόφαση ανήκει στην ίδια αναθεώρηση με τη στρατηγική θερμική-μέσω έναντι σήματος-μέσω προγραμματισμού και στρατηγική εσωτερικού έναντι εξωτερικού επιπέδου. Μια διάταξη μέσω πίνακα δεν είναι μια μαγική λύση. Είναι μέρος μιας μεγαλύτερης διαδρομής διάδοσης της θερμότητας.
Άμεση σύσταση: Προσθέστε θερμικές διόδους όταν η συσκευασία έχει εκτεθειμένο επίθεμα και το προϊόν διαφορετικά θα βασιζόταν σε μια μικρή χάλκινη νησίδα στο επάνω μέρος για να αφαιρέσει περισσότερο από περίπου 1W έως 2W τοπικής θερμότητας.
Μήτρα απόφασης: Όταν αξίζουν οι θερμικές αγωγές
| Κατάσταση συστατικού | Χρησιμοποιήστε θερμικές διόδους; | Καλή αφετηρία | Κύρια προσοχή |
|---|---|---|---|
| Ρυθμιστής QFN ή DFN με εκτεθειμένο μαξιλαράκι, τοπική απώλεια περίπου 1W έως 3W | Συνήθως ναι | 4-9 πτερύγια κάτω από το μαξιλαράκι δεμένα στο εσωτερικό και το κάτω μέρος του χαλκού | Αποτρέψτε τη διαρροή συγκόλλησης με βουλωμένες, γεμάτες ή προσεκτικά κλειστές θυρίδες |
| LED υψηλής φωτεινότητας στην πλακέτα FR-4 | Συνήθως ναι | Πυκνό μέσω πεδίου κάτω από θερμικό γυμνοσάλιαγκο σε πίσω χάλκινη ή μεταλλική διεπαφή | Η κάτω πλευρά εξακολουθεί να χρειάζεται πραγματική περιοχή εξάπλωσης ή σύζευξη πλαισίου |
| Στάδιο Power MOSFET με ισχυρές ροές πάνω και κάτω | Συχνά ναι | Χρησιμοποιήστε vias κοντά στο θερμικό μαξιλάρι και τον βρόχο ρεύματος, όχι μόνο σε μια γωνία | Μην δημιουργείτε τρέχοντα σημεία συμφόρησης ή μακρύ λαιμό προς τα κάτω γύρω από τη συστοιχία |
| Γραμμικός ρυθμιστής που διαχέεται λιγότερο από περίπου 0,5 W με ανοιχτή ροή αέρα | Συχνά δεν είναι απαραίτητο | Δοκιμάστε πρώτα μεγαλύτερο χαλκό στο επάνω μέρος | Επιπλέον vias μπορεί να προσθέσει κόστος με μικρό μετρήσιμο κέρδος |
| Η μονάδα είναι ήδη συνδεδεμένη με την ψύκτρα ή το πλαίσιο από την επάνω πλευρά | Ίσως | Χρησιμοποιήστε vias μόνο εάν το PCB εξακολουθεί να είναι μέρος της προβλεπόμενης διαδρομής θερμότητας | Μην υποθέτετε περισσότερη βοήθεια μέσω μέσων όταν η κυρίαρχη διαδρομή είναι αλλού |
| Μαξιλάρι ευαίσθητο στην απομόνωση ή υψηλής τάσης με αυστηρούς κανόνες ερπυσμού | Κατά περίπτωση | Ελέγξτε την απόσταση ασφαλείας πριν προσθέσετε οποιαδήποτε διάταξη | Το θερμικό κέρδος δεν δικαιολογεί παραβίαση της απόστασης ή ερπυσμού |
Αυτή η μήτρα είναι σκόπιμα πρακτική: μια συστοιχία θερμικής διέλευσης δικαιολογείται από τη θερμική πυκνότητα και μια πραγματική διαδρομή θερμότητας κατάντη, όχι από συνήθεια.
Οι καλύτεροι υποψήφιοι: Ρυθμιστές, LED, προγράμματα οδήγησης και στάδια πυκνής ισχύος
Αυτά είναι επίσης τα σχέδια όπου οι μηχανικοί χρειάζονται συχνά τόσο θερμική όσο και ηλεκτρική αναθεώρηση ταυτόχρονα. Ο ίδιος χαλκός κάτω από ένα MOSFET ή ρυθμιστικό μαξιλαράκι μπορεί να χειρίζεται μαζί τη διασπορά θερμότητας, τη μεταφορά ρεύματος και τον έλεγχο της διαδρομής επιστροφής. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο οδηγός μεγέθους μέσω και τα παραδείγματα αύξησης θερμοκρασίας IPC-2152 αποτελούν χρήσιμες συνοδευτικές αναφορές.
- Ρυθμιστές Buck, Boost και LDO με εκτεθειμένα μαξιλαράκια: Αυτά τα πακέτα συχνά διοχετεύουν την περισσότερη θερμότητα μέσω του κεντρικού μαξιλαριού, επομένως οι διόδους κάτω από αυτό το μαξιλαράκι μπορούν να μειώσουν τη θερμοκρασία σύνδεσης ουσιαστικά όταν η πλακέτα είναι συμπαγής.
- Προγράμματα οδήγησης κινητήρα και IC οδήγησης πύλης: Αυτές οι συσκευές συνδυάζουν απώλεια μεταγωγής, απώλεια αγωγιμότητας και συχνά περιορισμένη περιοχή αποτυπώματος, καθιστώντας το εκτεθειμένο μαξιλάρι τη φυσική θερμική έξοδο.
- Λυχνίες LED υψηλής ισχύος: Η διάρκεια ζωής των LED είναι στενά συνδεδεμένη με τη θερμοκρασία διακλάδωσης. Εάν το PCB είναι μέρος της θερμικής αλυσίδας, οι διόδους κάτω από τον γυμνοσάλιαγκα είναι συνήθως συνήθης πρακτική.
- Συμπαγές διατάξεις MOSFET και power stage: Όταν η χάλκινη περιοχή κοντά στη συσκευή περιορίζεται από στόχους επαγωγής βρόχου, οι θερμικές διόδους μπορούν να μετακινήσουν τη θερμότητα προς τα κάτω χωρίς να επιβάλλουν μια μακρύτερη διαδρομή από την επάνω πλευρά.
- Μονάδες τροφοδοσίας στο τυπικό FR-4: Εάν το μαξιλαράκι της μονάδας είναι μικρό σε σχέση με τη διάχυση, βοηθούν στην εξάπλωση της θερμότητας σε μεγαλύτερη περιοχή της πλακέτας προτού μεταβείτε σε βαρύτερο χαλκό ή εξωτερική ψύκτρα.
Όταν οι θερμικές διόδους είναι η λανθασμένη πρώτη διόρθωση
Οι ομάδες σχεδιασμού συχνά μεταπηδούν σε θερμικές διόδους επειδή είναι εύκολο να σκιαγραφηθούν. Αλλά εάν η θερμική διαδρομή κυριαρχείται από κακή ροή αέρα, ένα σφραγισμένο τοίχωμα περιβλήματος ή ένα μικρότερο χάλκινο λαιμό προς τα κάτω αλλού, η συστοιχία via δεν θα λύσει τον πραγματικό περιορισμό.
"Τα θερμικά στόμια είναι ένα ισχυρό εργαλείο, αλλά μόνο αφού η πλακέτα έχει κάπου χρήσιμο για να στείλει τη θερμότητα. Θα προτιμούσα να δω έξι καλά τοποθετημένες διόδους σε συμπαγή χαλκό παρά είκοσι διόδους σε θερμικά αδιέξοδα."
Προσθήκη vias πριν από τη μεγέθυνση της εύκολης χάλκινης περιοχής. Εάν η πλακέτα εξακολουθεί να έχει χώρο για μεγαλύτερη έκχυση κορυφής, αυτό μπορεί να αγοράσει το θερμικό περιθώριο φθηνότερα από την επεξεργασία μέσω μαξιλαριού.
Χρήση θερμικών αγωγών χωρίς χαλκό λήψης. Ένα πεδίο διέλευσης που προσγειώνεται σε κατακερματισμένο χαλκό ή στενά ίχνη κάτω από το εξάρτημα δεν μπορεί να μεταφέρει αποτελεσματικά τη θερμότητα.
Παράβλεψη απόδοσης συναρμολόγησης. Οι ανοιχτές διόδους σε συγκολλούμενα τακάκια μπορεί να κλέψουν τη συγκόλληση και την κλίση των QFN ή να μειώσουν τον έλεγχο εκκένωσης.
Χρήση μικροσκοπικών τρυπανιών πέρα από την fab comfort zone. Μια επιθετική συστοιχία βοηθά μόνο εάν ο προμηθευτής μπορεί να την κατασκευάσει με συνέπεια και με αποδεκτό κόστος.
Ξέχνα το πραγματικό θερμικό σημείο συμφόρησης. Μερικές φορές το πιο καυτό σημείο είναι η διεπαφή επαγωγέα, σύνδεσης, διακλάδωσης ή περιβλήματος και όχι το ίδιο το πληκτρολόγιο IC.
Λίστα ελέγχου διάταξης για θερμικές διόδους κάτω από θερμά εξαρτήματα
| Σημείο ελέγχου | Τι ωραία φαίνεται | Κόκκινη σημαία |
|---|---|---|
| Διαδρομή θερμότητας πακέτου | Το φύλλο δεδομένων δείχνει το εκτεθειμένο μαξιλαράκι ή γυμνοσάλιαγκα ως κύρια θερμική έξοδο | Προστέθηκαν θερμικές διόδους, παρόλο που η συσκευασία ψύχεται κυρίως αλλού |
| Λήψη χαλκού | Τα εσωτερικά ή τα κάτω στρώματα παρέχουν σημαντική περιοχή χαλκού κάτω από το τμήμα | Vias προσγειώνεται σε κομμένο χαλκό με μικρή αξία εξάπλωσης |
| Μέσω διαδικασίας | Ανοιχτή, κλειστή, βουλωμένη ή γεμάτη επιλογή ταιριάζει με τον κίνδυνο συναρμολόγησης | Κανείς δεν έχει επιβεβαιώσει το via φινίρισμα με το fab και το assembler |
| Στρώστε και τρυπήστε | Το Array ταιριάζει στη γεωμετρία του μαξιλαριού και στους κατασκευαστικούς κανόνες τρυπανιού του προμηθευτή | Η διάταξη είναι τόσο πυκνή που ο δακτυλιοειδής δακτύλιος, η μάσκα ή η απόδοση γίνονται οριακά |
| Αλληλεπίδραση τρέχουσας διαδρομής | Ο χαλκός γύρω από τη συστοιχία εξακολουθεί να υποστηρίζει καθαρά τη ροή ρεύματος και επιστροφής | Οι δυνάμεις συστοιχίας περιορίζουν τις στροφές του λαιμού ή τις άβολες παρακάμψεις του ρεύματος |
| Θερμική επικύρωση | Η ομάδα έχει περιθώριο θερμοκρασίας διασταύρωσης στόχου, θήκης ή σανίδας | Προστέθηκαν θερμικές διόδους χωρίς μετρημένο ή εκτιμώμενο στόχο |
Προτεινόμενοι κανόνες εκκίνησης για μηχανικούς και αγοραστές
- Διαβάστε πρώτα τη θερμική καθοδήγηση της συσκευασίας και επιβεβαιώστε εάν το εκτεθειμένο επίθεμα είναι η κύρια διαδρομή θερμότητας.
- Υπολογίστε την τοπική διασπορά και ρωτήστε εάν ο χαλκός από μόνος του μπορεί να τον απλώσει εντός της επιτρεπόμενης αύξησης της θερμοκρασίας.
- Εάν όχι, προσθέστε μια αρχική σειρά από περίπου 4-9 vias σε βήμα περίπου 0,8 mm έως 1,2 mm για πολλά μικρά επιθέματα ισχύος και, στη συνέχεια, προσαρμόστε το μέγεθος της συσκευασίας και τους κανόνες fab.
- Αποφασίστε έγκαιρα εάν το μαξιλαράκι χρειάζεται ανοιχτές, στεγανωμένες, βουλωμένες ή γεμάτες διόδους με βάση τον όγκο συναρμολόγησης και τους στόχους απόδοσης.
- Ελέγξτε την ίδια περιοχή για τρέχοντα σημεία συμφόρησης, ειδικά εάν το εξάρτημα χειρίζεται επίσης υψηλό ρεύμα.
- Μετρήστε ένα πρωτότυπο με θερμοστοιχεία ή IR συν ηλεκτρικό φορτίο και, στη συνέχεια, προσαρμόστε τη διάταξη, την περιοχή χαλκού ή την προδιαγραφή συναρμολόγησης από πραγματικά δεδομένα.
- → Υπολογιστής πλάτους ίχνους για το μέγεθος της διαδρομής χαλκού
- → Μέσω Αριθμομηχανής ρεύματος για κοινόχρηστες ηλεκτρικές και θερμικές διόδους
- → Υπολογιστής Thermal Relief για ανταλλαγές συγκολλησιμότητας
- → Μέσω οδηγού μεγέθους για την επιλογή μέτρησης, τρυπήματος και βήματος
- → Θερμικό μέσω σήματος μέσω οδηγού για σχεδιαστική πρόθεση
Για τα περισσότερα πρακτικά προγράμματα PCB, η πρόθεση αναζήτησης πίσω από αυτό το θέμα είναι απλή: πότε πραγματικά βοηθάει μια συστοιχία θερμικής μέσω του στοιχείου; Η απάντηση είναι όταν η συσκευασία σπρώχνει τη θερμότητα σε ένα μικρό μαξιλάρι, η σανίδα μπορεί να μεταδώσει αυτή τη θερμότητα σε άλλο χαλκό και η μέθοδος συναρμολόγησης μπορεί να υποστηρίξει τη δομή via χωρίς να βλάψει την απόδοση.
Ετικέτες
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
Σχετικά άρθρα
Γρήγορο FAQ
Σε ποιο επίπεδο ισχύος πρέπει να εξετάσω τις θερμικές διόδους κάτω από ένα εξάρτημα;
Ένα πρακτικό σημείο εκκίνησης είναι περίπου 1W έως 2W τοπικής απαγωγής σε μια συμπαγή συσκευασία, ειδικά όταν η συσκευασία έχει ένα εκτεθειμένο μαξιλαράκι και η πλακέτα δεν μπορεί να μεταδώσει καλά τη θερμότητα μόνο στο επάνω στρώμα. Σε σφραγισμένα προϊόντα ή σχέδια υψηλής ατμόσφαιρας, το όριο μπορεί να είναι χαμηλότερο.
Τα θερμικά vias μειώνουν πάντα τη θερμοκρασία των εξαρτημάτων;
Όχι. Βοηθούν μόνο όταν συνδέουν την πηγή θερμότητας σε χρήσιμη χάλκινη περιοχή ή σε άλλη διαδρομή ψύξης. Εάν η κάτω πλευρά είναι γεμάτη, απομονωμένη ή θερμικά μπλοκαρισμένη, περισσότερες vias μπορεί να προσθέσουν κόστος χωρίς σημαντική πτώση της θερμοκρασίας.
Οι θερμικές διόδους πρέπει να είναι ανοιχτές, κλειστές, βουλωμένες ή γεμάτες;
Για συγκολλήσιμα τακάκια, οι βουλωμένες ή γεμάτες βαλβίδες είναι συνήθως πιο ασφαλείς επειδή μειώνουν τη διαρροή της συγκόλλησης. Τα ανοιχτά vias μπορούν να λειτουργήσουν για πρωτότυπα και ορισμένες μη κρίσιμες συναρμολογήσεις, αλλά αυξάνουν τον κίνδυνο απόδοσης. Οι τεντωμένες μεμβράνες μπορούν να βοηθήσουν σε περιπτώσεις ελαφρύτερης χρήσης, εάν ο κατασκευαστής μπορεί να κρατήσει τη μάσκα αξιόπιστα.
Με πόσες θερμικές διόδους πρέπει να ξεκινήσω κάτω από ένα ζεστό επίθεμα;
Για πολλούς ρυθμιστές και προγράμματα οδήγησης QFN, ένα πρώτο πέρασμα είναι 4 έως 9 vias σε βήμα περίπου 0,8 mm έως 1,2 mm εντός της εκτεθειμένης περιοχής του μαξιλαριού, στη συνέχεια προσαρμόστε από το μέγεθος συσκευασίας, τα όρια τρυπανιού, την περιοχή χαλκού και το μετρούμενο θερμικό περιθώριο.
Τι πρέπει να επιβεβαιώσει ένας αγοραστής με τον προμηθευτή PCB προτού εγκρίνει θερμικές διόδους σε τακάκια;
Επιβεβαιώστε το τελικό μέγεθος του τρυπανιού, την αναλογία διαστάσεων, μέσω της διαδικασίας βύσματος ή πλήρωσης, επιπεδοποίησης, ικανότητας συγκόλλησης μάσκας και τυχόν πρόσθετου κόστους ή χρόνου παράδοσης. Η στρατηγική Thermal-via είναι εν μέρει μια απόφαση κατασκευής, όχι μόνο μια απόφαση διάταξης.
Ready to Calculate?
Put your knowledge into practice with our free PCB design calculators.