מתי להשתמש ב-Vias תרמיים תחת רכיבים חמים
השתמש בצינורות תרמיים מתחת לרכיבים חמים כאשר האריזה כוללת רפידה חשופה או מקור חום מרוכז ונחושת בשכבה העליונה לבדה אינה יכולה להעביר את החום לנחושת פנימית או תחתונה גדולה יותר. בדרך כלל כדאי להוסיף אותם עבור רגולטורים, כונני כוח QFN, נוריות LED, מנהלי מנוע ושלבי MOSFET קומפקטיים מעל פיזור מקומי של בערך 1W עד 2W, אך יש לבחון אותם בקפידה כאשר נידוף הלחמה, באמצעות עלות מילוי, מרווח בידוד או תפוקת הרכבה הם המגבלה הגדולה יותר.
נקודות מפתח
- •צינורות תרמיות הם בעלי הערך הרב ביותר כאשר חום כלוא באזור רפידות קטן, לא כאשר ללוח כבר יש מספיק נחושת וזרימת אוויר בצד העליון.
- •חבילות רפידות חשופות, רפידות תרמיות LED, בקרי DC/DC, ווסת ליניארי ושלבי MOSFET קומפקטיים הם המקרים הנפוצים ביותר שבהם מערך דרך משתלם.
- •דרך פתוחות ישירות ברפידות הניתנות להלחמה עלולות לפגוע בתפוקת ההרכבה; אוהלים, סתומים או מלאים הם לרוב הבחירה הבטוחה יותר לייצור.
- •יש להתאים את גודלו של מערך דרך תרמית יחד עם שטח הנחושת, התפשטות הצד התחתון ונתיב החום בפועל לתוך המארז או זרימת האוויר.
השתמש בוויאות תרמיות כאשר החום מתרכז בכרית קטנה
מטריצת החלטות: מתי תרמיות שווים את זה
| מצב רכיב | להשתמש ב-vias תרמיים? | נקודת התחלה טובה | זהירות עיקרית |
|---|---|---|---|
| וסת QFN או DFN עם רפידה חשופה, הפסד מקומי של כ-1W עד 3W | בדרך כלל כן | 4-9 דרך מתחת לרפידה קשורה לנחושת פנימית ותחתית | מניעת נידוף הלחמה באמצעות צינורות סתומים, מלאים או מאוהלים בקפידה |
| LED בהירות גבוהה על לוח FR-4 | בדרך כלל כן | שדה דרך צפוף תחת שבלול תרמי לתוך ממשק נחושת או מתכת אחורי | הצד התחתון עדיין זקוק לאזור התפשטות אמיתי או לחיבור שלדה |
| שלב MOSFET כוח עם יציאות חזקות למעלה ולמטה | לעתים קרובות כן | השתמש ב-vias ליד הכרית התרמית ולולאת הזרם, לא רק בפינה אחת | אל תיצור צווארי בקבוק נוכחיים או צווארונים ארוכים סביב המערך |
| ווסת לינארי מפזר פחות מ-0.5W עם זרימת אוויר פתוחה | לרוב אין צורך | נסה תחילה נחושת עליונה גדולה יותר | דרך נוספת עשויה להוסיף עלות עם מעט רווח מדיד |
| מודול כבר מחובר לגוף קירור או לשלדה מהצד העליון | אולי | השתמש ב-vias רק אם ה-PCB עדיין חלק מנתיב החום המיועד | אל תניח יותר עזרה של דרך כאשר הנתיב הדומיננטי נמצא במקום אחר |
| משטח רגיש לבידוד או מתח גבוה עם כללי זחילה הדוקים | כל מקרה לגופו | בדוק את מרווחי הבטיחות לפני הוספת מערך כלשהו | רווח תרמי אינו מצדיק הפרת אישור או זחילה |
המועמדים הטובים ביותר: רגולטורים, נוריות, דרייברים ושלבי כוח צפופים
- ווסת זרימה, חיזוק ו-LDO עם רפידות חשופות: חבילות אלו לרוב מנתבות את רוב החום דרך הרפידה המרכזית, כך שמעברים מתחת לרפידה זו יכולים להפחית באופן מהותי את טמפרטורת הצומת כאשר הלוח קומפקטי.
- מנהלי מנוע ומחשבי IC של נהגי שער: התקנים אלה משלבים אובדן מיתוג, אובדן הולכה ולעתים קרובות אזור מוגבל של טביעת רגל, מה שהופך את הרפידה החשופה ליציאה התרמית הטבעית.
- נוריות LED בעלות הספק גבוה: משך חיי ה-LED קשור מאוד לטמפרטורת הצומת. אם ה-PCB הוא חלק מהשרשרת התרמית, דרך מתחת לשלולית הם בדרך כלל נוהג סטנדרטי.
- פריסות MOSFET קומפקטיות ושלבי הספק: כאשר אזור הנחושת ליד המכשיר מוגבל על ידי יעדי השראות לולאה, דרך תרמית יכולה להעביר חום כלפי מטה מבלי לאלץ מסלול ארוך יותר בצד העליון.
- הספק מודולים בתקן FR-4: אם רפידת המודול קטנה ביחס לפיזור, חיבורים עוזרים להפיץ חום לאזור גדול יותר של הלוח לפני שאתה קופץ לנחושת כבדה יותר או לגוף קירור חיצוני.
כאשר ויאסים תרמיים הם התיקון הראשון השגוי
"מעברים תרמיים הם כלי חזק, אבל רק לאחר שללוח יש מקום מועיל לשלוח את החום. אני מעדיף לראות שישה דרך ממוקמת היטב לתוך נחושת מוצקה מאשר עשרים דרך לתוך מבוי סתום תרמי."
רשימת פריסה עבור ויאס תרמי תחת רכיבים חמים
| מחסום | איך נראה טוב | דגל אדום |
|---|---|---|
| נתיב חום חבילה | גיליון הנתונים מציג את הרפידה או הקלקול החשוף כיציאה התרמית הראשית | נוספו דרך תרמיות למרות שהאריזה מתקררת בעיקר במקומות אחרים |
| מקבל נחושת | שכבות פנימיות או תחתונות מספקות אזור נחושת משמעותי מתחת לחלק | ויאסים נוחתים בנחושת חתוכה עם ערך פיזור קטן |
| דרך תהליך | בחירה פתוחה, מאוהלת, סתומה או מלאה תואמת את סיכון ההרכבה | אף אחד לא אישר את גימור ה-via עם ה-Fab וה-assembler |
| לזרוק ולקדוח | מערך מתאים לגיאומטריית הכרית ולכללי המקדחה הניתנים לייצור של הספק | המערך כה צפוף עד שהטבעת הטבעתית, המסכה או התפוקה הופכים לשוליים |
| אינטראקציה של נתיב נוכחי | נחושת מסביב למערך עדיין תומכת בזרימת זרם וחזרה בצורה נקייה | המערך מאלץ יריעות צוואר צרות או עקיפות זרם מביכות |
| אימות תרמי | לצוות יש צומת יעד, מארז או שולי טמפרטורת לוח | דרך תרמית נוספה ללא מטרה מדודה או משוערת |
כללי התחלה מומלצים למהנדסים ולקונים
- קרא תחילה את ההנחיות התרמיות של האריזה וודא אם הרפידה החשופה היא נתיב החום העיקרי.
- הערך פיזור מקומי ושאל אם הנחושת העליונה לבדה יכולה להפיץ אותה בתוך עליית הטמפרטורה המותרת.
- אם לא, הוסף מערך ראשוני של בערך 4-9 חיבורים בגובה של כ-0.8 מ"מ עד 1.2 מ"מ עבור רפידות כוח קטנות רבות, ולאחר מכן קנה קנה מידה מגודל החבילה והכללים הנפלאים.
- החלט מוקדם אם הרפידה זקוקה למעברים פתוחים, מאוהלים, מחוברים או מלאים בהתבסס על נפח ההרכבה ויעדי תפוקה.
- סקור את אותו אזור עבור צווארי בקבוק נוכחיים, במיוחד אם החלק גם מטפל בזרם גבוה.
- מדוד אב טיפוס אחד עם צמדים תרמיים או IR בתוספת עומס חשמלי, ולאחר מכן התאם את המערך, אזור הנחושת או מפרט ההרכבה מנתונים אמיתיים.
- → מחשבון רוחב עקבות עבור גודל נתיב נחושת
- → באמצעות מחשבון זרם עבור חיבורים חשמליים ותרמיים משותפים
- → מחשבון הקלה תרמית עבור פשרות הלחמה
- → באמצעות מדריך מידות לבחירת ספירה, תרגיל וגובה
- → תרמי דרך מול אות באמצעות מדריך לכוונת עיצוב
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
מאמרים קשורים
שאלות נפוצות מהירות
באיזו רמת הספק עלי לשקול חיבורים תרמיים מתחת לרכיב?
נקודת התחלה מעשית היא סביב 1W עד 2W של פיזור מקומי באריזה קומפקטית, במיוחד כאשר באריזה יש רפידה חשופה והלוח אינו יכול לפזר חום טוב על השכבה העליונה בלבד. במוצרים אטומים או בעיצובים בעלי אווירה גבוהה, הסף יכול להיות נמוך יותר.
האם דרך תרמית תמיד מפחיתה את טמפרטורת הרכיב?
לא. הם עוזרים רק כאשר הם מחברים את מקור החום לאזור שימושי נחושת או נתיב קירור אחר. אם הצד התחתון צפוף, מבודד או חסום תרמית, חיבורים נוספים עשויים להוסיף עלות ללא ירידה משמעותית בטמפרטורה.
האם צינורות תרמיים צריכים להיות פתוחים, מאוהלים, מחוברים או מלאים?
עבור רפידות הניתנות להלחמה, חיבורים מחוברים או מלאים הם בדרך כלל בטוחים יותר מכיוון שהם מפחיתים את נידוף ההלחמה. דרך פתוחה יכולה לעבוד עבור אבות טיפוס וכמה מכלולים לא קריטיים, אבל הם מעלים את סיכון התשואה. אוהלים יכולים לעזור במקרים קלים יותר אם היצרן יכול להחזיק את המסכה בצורה אמינה.
עם כמה דרך תרמית כדאי להתחיל מתחת למשטח חם?
עבור מווסתים ודרייברים רבים של QFN, מעבר ראשון הוא 4 עד 9 חיבורים בגובה של בערך 0.8 מ"מ עד 1.2 מ"מ בתוך אזור הרפידה החשוף, ולאחר מכן התאם לפי גודל החבילה, מגבלות הקידוח, שטח הנחושת והשוליים התרמיים הנמדדים.
מה על קונה לאשר עם ספק ה-PCB לפני אישור דרך תרמית ברפידות?
אשר את גודל המקדחה המוגמרת, יחס גובה-רוחב, באמצעות תהליך סתימה או מילוי, יישור, יכולת הלחמה של מסכת, וכל עלות נוספת או זמן אספקה. אסטרטגיית דרך תרמית היא בחלקה החלטת ייצור, לא רק החלטת פריסה.
Ready to Calculate?
Put your knowledge into practice with our free PCB design calculators.