엔지니어링 가이드2026년 4월 22일• 10 min 읽기
뜨거운 부품 아래에 열 비아를 사용하는 경우
빠른 답변
패키지에 노출된 패드나 집중된 열원이 포함되어 있고 상단 레이어 구리만으로는 열을 더 큰 내부 또는 하단 구리로 이동할 수 없는 경우 뜨거운 구성 요소 아래에 열 비아를 사용합니다. 일반적으로 레귤레이터, 전력 QFN, LED, 모터 드라이버 및 국부 소산이 약 1W~2W를 넘는 소형 MOSFET 스테이지에 추가할 가치가 있지만 솔더 위킹, 비아 충진 비용, 절연 간격 또는 어셈블리 수율이 더 큰 제약 조건인 경우 신중하게 검토해야 합니다.
핵심 요약
- •열 비아는 보드의 상단 구리와 공기 흐름이 이미 충분할 때가 아니라 작은 패드 영역에 열이 갇힐 때 가장 가치가 있습니다.
- •노출 패드 패키지, LED 열 패드, DC/DC 컨트롤러, 선형 조정기 및 소형 MOSFET 스테이지는 비아 어레이가 효과를 발휘하는 가장 일반적인 경우입니다.
- •납땜 가능한 패드에서 직접 열린 비아는 조립 수율을 저하시킬 수 있습니다. 텐트형, 플러그형 또는 충전형 비아가 더 안전한 생산 선택인 경우가 많습니다.
- •열 전달 어레이의 크기는 구리 영역, 하단 확산, 섀시 또는 공기 흐름으로의 실제 열 경로와 함께 크기를 조정해야 합니다.
작은 패키지 패드가 상단 레이어 자체가 퍼뜨릴 수 있는 것보다 더 많은 열을 방출하려고 할 때 뜨거운 구성 요소 아래에 열 비아를 사용하십시오. 실제로 국부 열 밀도가 높고 해당 열을 받기 위해 내부 또는 하단 레이어에 의미 있는 구리가 있는 노출 패드 조정기, QFN, LED, MOSFET 및 소형 전력 모듈에서 가장 유용합니다. 상단에 이미 충분한 구리, 공기 흐름 또는 직접 방열판 경로가 있는 경우 비아가 많아지면 큰 이점 없이 복잡성이 추가될 수 있습니다.
작은 패드에 열이 집중될 때 열 비아 사용
중요한 질문은 구성 요소가 따뜻하게 작동하는지 여부가 아닙니다. 실제 질문은 열이 최상층 확산 영역이 너무 작은 작은 설치 공간에 갇혀 있는지 여부입니다. 섀시 마운트가 있는 대형 TO-220은 패드 아래에 비아가 전혀 필요하지 않을 수 있지만 소형 QFN 벅 레귤레이터는 대부분의 열이 하나의 노출된 열 패들을 통해 빠져나오기 때문에 즉시 이점을 얻을 수 있습니다.
열 비아는 집중된 열원을 실제로 도움이 되는 구리(내부 평면, 하단 구리 플러드, 금속 후면 영역 또는 보조 방열판 인터페이스)에 연결할 때 가장 효과적입니다. 수신 레이어가 분할 평면, 클리어런스 제한 또는 조밀한 라우팅으로 인해 잘려지면 비아 필드는 열을 보내는 데 유용한 곳이 없습니다.
이것이 바로 결정이 열 경유 대 신호 경유 계획 및 내부 대 외부 레이어 전략과 동일한 검토에 속하는 이유입니다. 비아 배열은 마법의 해결책이 아닙니다. 이는 더 큰 열 확산 경로의 일부입니다.
직접 권장 사항: 패키지에 노출된 패드가 있고 제품이 약 1W~2W 이상의 국지적 열을 제거하기 위해 작은 상단 구리 섬에 의존하는 경우 열 비아를 추가하세요.
결정 매트릭스: 열 비아의 가치가 있는 경우
| 구성 요소 상황 | 열 비아를 사용하시겠습니까? | 좋은 시작점 | 주요 주의 |
|---|---|---|---|
| 노출된 패드가 있는 QFN 또는 DFN 조정기, 약 1W ~ 3W 로컬 손실 | 일반적으로 그렇습니다 | 내부 및 하단 구리에 연결된 패드 아래의 4-9 비아 | 플러그되거나 채워지거나 조심스럽게 텐트된 비아로 납땜 위킹을 방지합니다. |
| FR-4 보드의 고휘도 LED | 일반적으로 그렇습니다 | 후면 구리 또는 금속 인터페이스로의 열 슬러그 아래의 밀도가 높은 비아 필드 | 하단에는 여전히 실제 확산 영역 또는 섀시 커플링이 필요합니다 |
| 강력한 상단 및 하단 쏟아짐이 있는 전력 MOSFET 스테이지 | 종종 그렇습니다 | 한쪽 모서리뿐만 아니라 열 패드와 전류 루프 근처의 비아를 사용하십시오 | 어레이 주위에 전류 병목 현상이나 긴 넥다운을 만들지 마십시오 |
| 개방형 공기 흐름에서 약 0.5W 미만을 소모하는 선형 조정기 | 종종 필요하지 않음 | 더 큰 상단 구리를 먼저 시도하십시오 | 추가 비아는 측정 가능한 이득이 거의 없이 비용을 추가할 수 있습니다. |
| 모듈이 이미 상단에서 방열판이나 섀시에 접착되어 있습니다 | 아마도 | PCB가 의도한 열 경로의 일부인 경우에만 비아를 사용하십시오. | 주요 경로가 다른 곳에 있을 때 더 많은 비아가 도움이 될 것이라고 가정하지 마십시오 |
| 연면 거리 규칙이 엄격한 절연에 민감한 또는 고전압 패드 | 사례별로 | 어레이를 추가하기 전에 안전 간격을 검토하십시오 | 열 이득은 공간 거리 또는 연면 거리 위반을 정당화하지 않습니다. |
이 매트릭스는 의도적으로 실용적입니다. 열 비아 어레이는 습관이 아닌 열 밀도와 실제 다운스트림 열 경로에 의해 정당화됩니다.
최고의 후보: 조정기, LED, 드라이버 및 고밀도 전력단
이는 엔지니어가 열 및 전기 검토를 동시에 동시에 필요로 하는 설계이기도 합니다. MOSFET 또는 조정기 패드 아래의 동일한 구리가 열 확산, 전류 전달 및 복귀 경로 제어를 함께 처리할 수 있습니다. 그렇기 때문에 비아 사이징 가이드와 IPC-2152 온도 상승 예시가 유용한 참고 자료입니다.
- 노출된 패드가 있는 벅, 부스트 및 LDO 조정기: 이러한 패키지는 대부분의 열을 중앙 패드를 통해 전달하므로 보드가 콤팩트할 때 해당 패드 아래의 비아가 접합 온도를 실질적으로 낮출 수 있습니다.
- 모터 드라이버 및 게이트 드라이버 IC: 이러한 장치는 스위칭 손실, 전도 손실 및 제한된 설치 공간을 결합하여 노출된 패드를 자연적인 열 출구로 만듭니다.
- 고전력 LED: LED 수명은 접합 온도와 밀접한 관련이 있습니다. PCB가 열 체인의 일부인 경우 슬러그 아래의 비아가 일반적으로 표준 관행입니다.
- 소형 MOSFET 및 전력 스테이지 레이아웃: 장치 근처의 구리 영역이 루프 인덕턴스 목표로 인해 제한되는 경우 열 비아는 더 긴 상단 경로를 강요하지 않고 열을 아래쪽으로 이동할 수 있습니다.
- 표준 FR-4의 전원 모듈: 모듈 패드가 소산에 비해 작은 경우 비아는 더 무거운 구리나 외부 방열판으로 이동하기 전에 더 많은 보드 영역으로 열을 확산시키는 데 도움이 됩니다.
열 비아가 잘못된 첫 번째 수정인 경우
설계 팀은 스케치하기 쉽기 때문에 열 비아를 사용하는 경우가 많습니다. 그러나 열 경로가 열악한 공기 흐름, 밀봉된 인클로저 벽 또는 다른 곳의 소형 구리 넥다운으로 인해 지배되는 경우 비아 어레이는 실제 제한 사항을 해결하지 못합니다.
"열 비아는 강력한 도구이지만 보드가 열을 보낼 수 있는 유용한 위치를 확보한 후에만 가능합니다. 열 막다른 골목에 20개의 비아를 두는 것보다 단단한 구리에 잘 배치된 6개의 비아를 선호합니다."
쉬운 구리 영역을 확대하기 전에 비아 추가. 보드에 여전히 더 큰 상단 주입을 위한 공간이 있는 경우 비아 인 패드 처리보다 더 저렴하게 열 마진을 구입할 수 있습니다.
구리를 수용하지 않는 열 비아 사용. 조각난 구리 또는 부품 아래의 좁은 트레이스에 있는 비아 필드는 열을 효과적으로 이동할 수 없습니다.
조립 수율 무시. 납땜 가능한 패드의 개방형 비아는 납땜을 훔치고 QFN을 기울게 하거나 보이드 제어를 감소시킬 수 있습니다.
팹의 안전 영역을 넘어서는 작은 드릴을 사용합니다. 공격적인 배열은 공급업체가 허용 가능한 비용으로 일관되게 구축할 수 있는 경우에만 도움이 됩니다.
실제 열 병목 현상은 잊어버리세요. 때때로 가장 뜨거운 지점은 IC 패드 자체가 아니라 인덕터, 커넥터, 션트 또는 인클로저 인터페이스입니다.
핫 부품 아래의 열 비아에 대한 레이아웃 체크리스트
| 체크포인트 | 좋은 모습 | 빨간색 플래그 |
|---|---|---|
| 패키지 열 경로 | 데이터시트에는 노출된 패드 또는 슬러그가 주요 열 출구로 표시됩니다 | 패키지가 주로 다른 곳에서 냉각되더라도 열 비아가 추가됩니다 |
| 구리 수신 | 내부 또는 하단 레이어는 의미 있는 구리를 제공합니다. | 퍼짐 값이 거의 없는 컷업 구리에 비아 랜드 |
| 비아 프로세스 | 개방형, 텐트형, 플러그형 또는 충전형 선택이 조립 위험과 일치 | 아무도 팹 및 어셈블러와 함께 비아 마감을 확인하지 않았습니다 |
| 피치 및 드릴 | 어레이가 패드 형상과 공급업체의 구조에 맞습니다. 제조 가능한 드릴 규칙 | 어레이가 너무 조밀하여 환형 링, 마스크 또는 수율이 한계가 됩니다 |
| 전류 경로 상호 작용 | 어레이 주변의 구리가 여전히 전류 및 복귀 흐름을 깔끔하게 지원합니다 | 어레이가 좁은 넥다운 또는 어색한 전류 우회를 가합니다 |
| 열 검증 | 팀은 대상 접합부, 케이스 또는 보드 온도 마진 | 측정 또는 예상 목표 없이 추가된 열 비아 |
엔지니어 및 구매자를 위한 권장 시작 규칙
- 먼저 패키지 열 지침을 읽고 노출된 패드가 기본 열 경로인지 확인하십시오.
- 국부적인 소산을 추정하고 허용된 온도 상승 내에서 상부 구리만으로 확산될 수 있는지 물어보세요.
- 그렇지 않은 경우 많은 소형 전력 패드에 대해 약 0.8mm ~ 1.2mm 피치에 대략 4~9개 비아의 초기 어레이를 추가한 다음 패키지 크기 및 제조 규칙에 따라 확장합니다.
- 조립 볼륨 및 목표 수율 목표를 기반으로 패드에 개방형, 텐트형, 플러그형 또는 충전형 비아가 필요한지 조기에 결정하십시오.
- 현재 병목 현상이 있는지 동일한 영역을 검토하십시오. 특히 해당 부품이 고전류도 처리하는 경우 더욱 그렇습니다.
- 열전대 또는 IR과 전기 부하를 사용하여 하나의 프로토타입을 측정한 다음 실제 데이터에서 어레이, 구리 영역 또는 조립 사양을 조정합니다.
- → 구리 경로 크기 조정을 위한 추적 폭 계산기
- → 공유 전기 및 열 비아를 위한 비아 전류 계산기
- → 열 완화 계산기 납땜성 장단점
- → 개수, 드릴 및 피치 선택을 위한 비아 크기 조정 가이드
- → 설계 의도에 대한 열 비아 대 신호 비아 가이드
대부분의 실제 PCB 프로그램의 경우 이 주제에 대한 검색 의도는 간단합니다. 구성 요소 아래의 열 전달 어레이가 실제로 도움이 됩니까? 대답은 패키지가 작은 패드에 열을 밀어 넣으면 보드가 그 열을 다른 구리로 퍼뜨릴 수 있고 조립 방법이 수율을 저하시키지 않고 비아 구조를 지원할 수 있다는 것입니다.
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빠른 FAQ
부품 아래의 열 비아를 어떤 전력 수준으로 고려해야 합니까?
실용적인 시작점은 소형 패키지에서 약 1W~2W의 국부 방산입니다. 특히 패키지에 노출된 패드가 있고 보드가 최상층에만 열을 잘 퍼뜨릴 수 없는 경우에는 더욱 그렇습니다. 밀봉된 제품이나 대기 온도가 높은 설계에서는 임계값이 더 낮을 수 있습니다.
열 비아는 항상 부품 온도를 낮추나요?
아니요. 열원을 유용한 구리 영역이나 다른 냉각 경로에 연결할 때만 도움이 됩니다. 하단이 혼잡하거나 격리되거나 열적으로 차단된 경우 의미 있는 온도 강하 없이 더 많은 비아를 사용하면 비용이 추가될 수 있습니다.
열 비아를 개방, 텐트, 플러그 또는 충전해야 합니까?
납땜 가능한 패드의 경우 플러그 또는 충전 비아가 납땜 위킹을 감소시키기 때문에 일반적으로 더 안전합니다. 개방형 비아는 프로토타입 및 일부 중요하지 않은 어셈블리에 사용할 수 있지만 수율 위험을 높입니다. 제작자가 마스크를 안정적으로 고정할 수 있는 경우 텐트형 비아는 가벼운 작업에 도움이 될 수 있습니다.
핫 패드 아래에서 몇 개의 열 비아로 시작해야 합니까?
많은 QFN 조정기 및 드라이버의 경우 첫 번째 패스는 노출된 패드 영역 내부의 대략 0.8mm~1.2mm 피치에 4~9개의 비아이며, 그런 다음 패키지 크기, 드릴 제한, 구리 영역 및 측정된 열 마진을 조정합니다.
구매자는 패드의 열 비아를 승인하기 전에 PCB 공급업체에 무엇을 확인해야 합니까?
완성된 드릴 크기, 종횡비, 플러깅 또는 충전 공정, 평탄화, 솔더 마스크 기능 및 추가 비용이나 리드 타임을 확인하세요. Thermal-via 전략은 레이아웃 결정뿐만 아니라 부분적으로 제조 결정이기도 합니다.
계산할 준비가 되셨나요?
무료 PCB 설계 계산기를 사용하여 배운 내용을 실천하세요.