Hướng dẫn kỹ thuật22 tháng 4, 2026• 10 min đọc
Khi nào nên sử dụng Via nhiệt trong các thành phần nóng
Trả lời nhanh
Sử dụng vias nhiệt bên dưới các bộ phận nóng khi gói bao gồm một miếng đệm hở hoặc nguồn nhiệt tập trung và chỉ riêng lớp đồng trên cùng không thể truyền nhiệt sang lớp đồng lớn hơn bên trong hoặc bên dưới. Chúng thường đáng để bổ sung cho các bộ điều chỉnh, QFN nguồn, đèn LED, trình điều khiển động cơ và các giai đoạn MOSFET nhỏ gọn có mức tiêu tán cục bộ trên khoảng 1W đến 2W, nhưng chúng cần được xem xét cẩn thận khi thấm hút hàn, thông qua chi phí lấp đầy, khoảng cách ly hoặc năng suất lắp ráp là những hạn chế lớn hơn.
Điểm chính
- •Vias nhiệt có giá trị nhất khi nhiệt bị giữ lại trong một khu vực miếng đệm nhỏ, không phải khi bo mạch đã có đủ đồng và luồng không khí ở mặt trên.
- •Các gói tấm đệm hở, tấm tản nhiệt LED, bộ điều khiển DC/DC, bộ điều chỉnh tuyến tính và giai đoạn MOSFET nhỏ gọn là những trường hợp phổ biến nhất khi sử dụng mảng thông qua.
- •Mở vias trực tiếp trong miếng hàn có thể ảnh hưởng đến năng suất lắp ráp; vias dạng lều, cắm hoặc lấp đầy thường là lựa chọn sản xuất an toàn hơn.
- •Một mảng truyền nhiệt phải có kích thước phù hợp với diện tích đồng, độ lan rộng ở mặt dưới và đường dẫn nhiệt thực tế vào khung máy hoặc luồng không khí.
Sử dụng vias nhiệt bên dưới các bộ phận nóng khi một miếng đệm gói nhỏ đang cố gắng thải nhiều nhiệt hơn mức mà lớp trên cùng có thể tự lan truyền. Trong thực tế, chúng hữu ích nhất trong các bộ điều chỉnh tấm đệm hở, QFN, đèn LED, MOSFET và mô-đun nguồn nhỏ gọn nơi mật độ nhiệt cục bộ cao và bạn có lớp đồng đáng kể ở các lớp bên trong hoặc bên dưới để nhận nhiệt đó. Nếu mặt trên đã có nhiều đồng, luồng không khí hoặc đường dẫn tản nhiệt trực tiếp, thì nhiều vias hơn có thể tăng thêm độ phức tạp mà không mang lại nhiều lợi ích.
Quy trình kỹ thuật nhanh nhất là kiểm tra ba mục cùng nhau: độ phân tán cục bộ, diện tích đồng có sẵn và phương pháp lắp ráp. Bắt đầu với Bộ tính chiều rộng vết cho các đường dẫn hiện tại, Qua Bộ tính toán dòng điện để chia sẻ qua các nút cổ chai và Bộ tính công suất hiện tại khi cùng một đường dẫn đồng cũng mang dòng điện có ý nghĩa.
Sử dụng Vias nhiệt khi nhiệt được tập trung vào một tấm đệm nhỏ
Câu hỏi quan trọng không phải là liệu thành phần có nóng lên hay không. Câu hỏi thực sự là liệu nhiệt có bị giữ lại trong một diện tích nhỏ với diện tích lan tỏa ở lớp trên cùng quá ít hay không. TO-220 lớn có giá đỡ khung gầm có thể không cần vias dưới tấm đệm, trong khi bộ điều chỉnh Buck QFN nhỏ có thể được hưởng lợi ngay lập tức vì phần lớn nhiệt của nó thoát ra ngoài qua một cánh tản nhiệt lộ ra ngoài.
Vias nhiệt hiệu quả nhất khi chúng kết nối nguồn nhiệt tập trung đó vào đồng thực sự giúp ích: mặt phẳng bên trong, lũ đồng phía dưới, vùng được hỗ trợ bằng kim loại hoặc giao diện tản nhiệt thứ cấp. Nếu các lớp nhận bị chia cắt bởi các mặt phẳng phân chia, các hạn chế về khoảng trống hoặc định tuyến dày đặc, thì trường xuyên qua không có nơi nào hữu ích để truyền nhiệt.
Đây là lý do tại sao quyết định này nằm trong cùng một đánh giá như lập kế hoạch truyền nhiệt và truyền tín hiệu và chiến lược lớp bên trong và bên ngoài. Một mảng thông qua không phải là một giải pháp kỳ diệu. Nó là một phần của con đường truyền nhiệt lớn hơn.
Khuyến nghị trực tiếp: Thêm via tản nhiệt khi gói hàng có miếng đệm hở và nếu không, sản phẩm sẽ dựa vào một đảo nhỏ bằng đồng phía trên để loại bỏ lượng nhiệt cục bộ lớn hơn khoảng 1W đến 2W.
Ma trận quyết định: Khi nào Via nhiệt có giá trị
| Tình hình thành phần | Sử dụng vias nhiệt? | Điểm khởi đầu tốt | Thận trọng chính |
|---|---|---|---|
| Bộ điều chỉnh QFN hoặc DFN có miếng đệm hở, tổn thất cục bộ khoảng 1W đến 3W | Thường có | 4-9 vias dưới miếng đệm được buộc vào đồng bên trong và bên dưới | Ngăn chặn sự thấm hút của chất hàn khi các vias đã được cắm, đổ đầy hoặc được lều cẩn thận |
| Đèn LED độ sáng cao trên bo mạch FR-4 | Thường là có | Dày đặc thông qua trường dưới lớp sên nhiệt vào giao diện đồng hoặc kim loại phía sau | Mặt dưới vẫn cần diện tích trải rộng thực hoặc khớp nối khung gầm |
| Giai đoạn MOSFET công suất với khả năng đổ mạnh từ trên xuống | Thường thì có | Sử dụng vias gần miếng tản nhiệt và vòng lặp dòng điện, không chỉ ở một góc | Không tạo ra hiện tượng tắc nghẽn dòng điện hoặc cổ chai kéo dài xung quanh mảng |
| Bộ điều chỉnh tuyến tính tiêu tán ít hơn khoảng 0,5W với luồng khí mở | Thường không cần thiết | Hãy thử đầu đồng lớn hơn trước | Extra vias có thể tăng thêm chi phí với mức tăng nhỏ có thể đo lường được |
| Mô-đun đã được liên kết với tản nhiệt hoặc khung máy từ mặt trên | Có thể | Chỉ sử dụng vias nếu PCB vẫn là một phần của đường dẫn nhiệt dự định | Đừng giả sử có thêm sự trợ giúp của vias khi đường dẫn ưu thế ở nơi khác |
| Tấm đệm điện áp cao hoặc nhạy cảm với cách ly với các quy tắc đường rò chặt chẽ | Tùy từng trường hợp | Xem lại khoảng cách an toàn trước khi thêm bất kỳ mảng nào | Tăng nhiệt không biện minh cho việc vi phạm khoảng trống hoặc đường rò |
Ma trận này có mục đích thực tế: mảng truyền nhiệt được điều chỉnh bằng mật độ nhiệt và đường dẫn nhiệt thực tế xuôi dòng, không phải theo thói quen.
Các ứng cử viên sáng giá nhất: Bộ điều chỉnh, đèn LED, Trình điều khiển và Tầng điện dày đặc
Đây cũng là những thiết kế mà các kỹ sư thường cần xem xét cả nhiệt và điện cùng một lúc. Cùng một loại đồng trong MOSFET hoặc tấm điều chỉnh có thể xử lý sự lan truyền nhiệt, truyền dòng điện và điều khiển đường dẫn trở lại cùng nhau. Đó là lý do tại sao hướng dẫn định cỡ và Các ví dụ về mức tăng nhiệt độ IPC-2152 là tài liệu tham khảo hữu ích.
- Bộ điều chỉnh Buck, boost và LDO có miếng đệm lộ ra ngoài: Các gói này thường truyền phần lớn nhiệt qua miếng đệm trung tâm, vì vậy, vias bên dưới miếng đệm đó có thể giảm nhiệt độ điểm nối đáng kể khi bo mạch nhỏ gọn.
- Bộ điều khiển động cơ và IC bộ điều khiển cổng: Các thiết bị này kết hợp tổn thất chuyển mạch, tổn thất dẫn điện và diện tích dấu chân thường bị hạn chế, khiến miếng đệm hở trở thành lối thoát nhiệt tự nhiên.
- Đèn LED công suất cao: Tuổi thọ của đèn LED gắn chặt với nhiệt độ điểm nối. Nếu PCB là một phần của dây chuyền nhiệt, vias dưới sên thường là thông lệ tiêu chuẩn.
- Bố trí MOSFET nhỏ gọn và tầng nguồn: Khi khu vực đồng gần thiết bị bị hạn chế bởi các mục tiêu có độ tự cảm vòng lặp, các via nhiệt có thể truyền nhiệt xuống dưới mà không buộc phải có tuyến đường phía trên dài hơn.
- Mô-đun nguồn trên FR-4 tiêu chuẩn: Nếu miếng đệm mô-đun nhỏ so với khả năng tản nhiệt, vias sẽ giúp truyền nhiệt vào nhiều diện tích bo mạch hơn trước khi bạn chuyển sang đồng nặng hơn hoặc tản nhiệt bên ngoài.
Khi Via nhiệt là sai Cách khắc phục đầu tiên
Nhóm thiết kế thường chuyển sang sử dụng via nhiệt vì chúng dễ phác thảo. Nhưng nếu đường dẫn nhiệt bị chi phối bởi luồng không khí kém, tường bao kín hoặc cổ đồng có kích thước nhỏ ở nơi khác, thì mảng via sẽ không giải quyết được hạn chế thực sự.
"Các via nhiệt là một công cụ mạnh, nhưng chỉ sau khi bo mạch có nơi nào đó hữu ích để truyền nhiệt. Tôi thà thấy sáu via được đặt tốt vào đồng rắn còn hơn 20 via vào các ngõ cụt nhiệt."
Thêm vias trước khi mở rộng diện tích đồng dễ dàng. Nếu bo mạch vẫn còn chỗ cho lượng đổ trên lớn hơn, điều đó có thể mua biên nhiệt rẻ hơn so với xử lý via-in-pad.
Sử dụng via nhiệt không nhận đồng. Trường via nằm trong vùng đồng rời rạc hoặc vết hẹp bên dưới bộ phận không thể truyền nhiệt hiệu quả.
Bỏ qua năng suất lắp ráp. Vias mở trong các miếng hàn có thể lấy cắp chất hàn và làm nghiêng QFN hoặc giảm khả năng kiểm soát khoảng trống.
Sử dụng các máy khoan nhỏ vượt ra ngoài phạm vi thoải mái của nhà máy. Một mảng linh hoạt chỉ hữu ích nếu nhà cung cấp có thể xây dựng nó một cách nhất quán và với chi phí chấp nhận được.
Quên nút thắt nhiệt thực sự. Đôi khi điểm nóng nhất là cuộn cảm, đầu nối, shunt hoặc giao diện vỏ chứ không phải bản thân tấm IC.
Danh sách kiểm tra bố cục cho Via nhiệt dưới các thành phần nóng
| Điểm kiểm tra | Giao diện đẹp như thế nào | Cờ đỏ |
|---|---|---|
| Đường dẫn nhiệt của gói | Bảng dữ liệu hiển thị miếng đệm hoặc thanh trượt lộ ra ngoài là lối thoát nhiệt chính | Các via nhiệt được thêm vào ngay cả khi gói chủ yếu nguội đi ở nơi khác |
| Nhận đồng | Các lớp bên trong hoặc dưới cùng cung cấp diện tích đồng có ý nghĩa bên dưới bộ phận | Vias được làm bằng đồng cắt nhỏ với ít giá trị lan truyền |
| Qua quy trình | Lựa chọn mở, dựng lều, cắm hoặc lấp đầy phù hợp với rủi ro lắp ráp | Chưa ai xác nhận việc hoàn thiện thông qua nhà chế tạo và bộ lắp ráp |
| Chốt và khoan | Mảng phù hợp với hình dạng tấm đệm và khả năng sản xuất của nhà cung cấp quy tắc khoan | Mảng dày đặc đến mức vòng hình khuyên, mặt nạ hoặc hiệu suất trở nên cận biên |
| Tương tác đường dẫn hiện tại | Đồng xung quanh mảng vẫn hỗ trợ dòng điện và dòng hồi lưu một cách sạch sẽ | Mảng buộc thu hẹp phần cổ hoặc các đường vòng hiện tại khó xử |
| Xác thực nhiệt | Nhóm có một điểm nối mục tiêu, trường hợp, hoặc biên độ nhiệt độ bo mạch | Via nhiệt được thêm vào mà không có mục tiêu đo hoặc ước tính |
Quy tắc khởi đầu được đề xuất cho kỹ sư và người mua
- Trước tiên hãy đọc hướng dẫn về nhiệt của gói và xác nhận xem miếng đệm tiếp xúc có phải là đường dẫn nhiệt chính hay không.
- Ước tính sự tiêu tán cục bộ và hỏi xem liệu riêng lớp đồng trên cùng có thể lan truyền nó trong mức tăng nhiệt độ cho phép hay không.
- Nếu không, hãy thêm mảng ban đầu khoảng 4-9 vias trên khoảng cách khoảng 0,8 mm đến 1,2 mm cho nhiều miếng đệm điện nhỏ, sau đó điều chỉnh theo kích thước gói và quy tắc chế tạo.
- Quyết định sớm xem miếng đệm cần các via mở, dạng lều, cắm hay lấp đầy dựa trên khối lượng lắp ráp và mục tiêu năng suất.
- Xem lại khu vực tương tự để tìm các điểm nghẽn hiện tại, đặc biệt nếu bộ phận đó cũng xử lý dòng điện cao.
- Đo một nguyên mẫu bằng cặp nhiệt điện hoặc IR cộng với tải điện, sau đó điều chỉnh mảng, diện tích đồng hoặc thông số lắp ráp từ dữ liệu thực.
- → Máy tính độ rộng vết để định cỡ đường dẫn đồng
- → Thông qua Máy tính hiện tại để chia sẻ vias điện và nhiệt
- → Máy tính giảm nhiệt để cân bằng khả năng hàn
- → Thông qua hướng dẫn định cỡ để chọn số đếm, mũi khoan và bước cao độ
- → Nhiệt qua tín hiệu thông qua hướng dẫn cho mục đích thiết kế
Đối với hầu hết các chương trình PCB thực tế, mục đích tìm kiếm đằng sau chủ đề này rất đơn giản: khi nào mảng truyền nhiệt bên dưới thành phần thực sự hữu ích? Câu trả lời là khi gói đẩy nhiệt vào một miếng đệm nhỏ, bo mạch có thể truyền nhiệt đó sang đồng khác và phương pháp lắp ráp có thể hỗ trợ cấu trúc thông qua mà không ảnh hưởng đến năng suất.
Thẻ
Thermal ViasThermal PadPCB Thermal DesignPower PCBVia Array
Công Cụ & Tài Nguyên Liên Quan
Máy Tính Độ Rộng Trace
Tính độ rộng trace PCB cho yêu cầu dòng điện của bạn
Máy Tính Dòng Via
Tính dung lượng dòng via và hiệu suất nhiệt
Máy Tính Thermal Relief
Thiết kế mẫu thermal relief cho hàn
Máy Tính Dung Lượng Dòng
Tính dòng an toàn tối đa cho trace PCB
Máy Tính Trace FR4
Tính toán trace cho vật liệu PCB FR4 tiêu chuẩn
Robotics Control PCB Design
Servo drives, feedback routing, and safety-focused robot control boards
Bài viết liên quan
FAQ nhanh
Tôi nên xem xét vias nhiệt trong một thành phần ở mức công suất nào?
Điểm khởi đầu thực tế là mức tiêu tán cục bộ khoảng 1W đến 2W trong một gói nhỏ gọn, đặc biệt khi gói có một miếng đệm lộ ra ngoài và bo mạch không thể truyền nhiệt tốt chỉ riêng lớp trên cùng. Trong các sản phẩm kín hoặc thiết kế có môi trường xung quanh cao, ngưỡng có thể thấp hơn.
Vias nhiệt có luôn làm giảm nhiệt độ linh kiện không?
Không. Chúng chỉ giúp ích khi chúng kết nối nguồn nhiệt vào khu vực đồng hữu ích hoặc đường dẫn làm mát khác. Nếu mặt dưới chật chội, bị cô lập hoặc bị cản nhiệt, nhiều vias hơn có thể tăng thêm chi phí mà không làm giảm nhiệt độ đáng kể.
Các via nhiệt nên mở, dựng lều, cắm hay lấp đầy?
Đối với các miếng đệm có thể hàn, các via được cắm hoặc đổ đầy thường an toàn hơn vì chúng làm giảm khả năng thấm hút của chất hàn. Vias mở có thể hoạt động đối với các nguyên mẫu và một số tổ hợp không quan trọng, nhưng chúng làm tăng rủi ro về năng suất. Vias dạng lều có thể trợ giúp trong các trường hợp có nhiệm vụ nhẹ hơn nếu nhà chế tạo có thể giữ mặt nạ một cách chắc chắn.
Tôi nên bắt đầu với bao nhiêu via nhiệt dưới tấm đệm nóng?
Đối với nhiều bộ điều chỉnh và trình điều khiển QFN, đường chuyền đầu tiên là 4 đến 9 vias trên khoảng cách khoảng 0,8 mm đến 1,2 mm bên trong khu vực miếng đệm lộ ra ngoài, sau đó điều chỉnh từ kích thước gói, giới hạn khoan, diện tích đồng và biên nhiệt đo được.
Người mua nên xác nhận điều gì với nhà cung cấp PCB trước khi phê duyệt vias nhiệt trong miếng đệm?
Xác nhận kích thước mũi khoan đã hoàn thiện, tỷ lệ khung hình, thông qua quá trình cắm hoặc làm đầy, lập kế hoạch, khả năng mặt nạ hàn và bất kỳ chi phí hoặc thời gian thực hiện bổ sung nào. Chiến lược truyền nhiệt một phần là quyết định chế tạo, không chỉ là quyết định bố trí.
Sẵn Sàng Tính Toán?
Áp dụng kiến thức của bạn với máy tính thiết kế PCB miễn phí của chúng tôi.