工程指南2026年4月22日• 10 min 閱讀
何時在熱組件下使用熱通孔
快速結論
當封裝包含裸露焊盤或集中熱源且僅頂層銅無法將熱量轉移到較大的內部或底部銅時，請在熱組件下使用散熱通孔。對於局部耗散約 1W 至 2W 的穩壓器、功率 QFN、LED、馬達驅動器和緊湊型 MOSFET 級，通常值得添加它們，但當焊料芯吸、通孔填充成本、隔離間距或裝配良率成為更大限制時，應仔細審查它們。
重點整理
- •當熱量被困在小型焊盤區域時，而不是當電路板已經有足夠的頂部銅和氣流時，散熱通孔最有價值。
- •外露焊盤封裝、LED 散熱焊盤、DC/DC 控制器、線性穩壓器和緊湊型 MOSFET 等級是通孔陣列發揮作用的最常見情況。
- •直接在可焊接焊盤中開孔可能會損害組裝良率；帳篷式、塞式或填充式通孔通常是更安全的生產選擇。
- •熱通孔陣列的尺寸必須與銅面積、底部擴散以及進入機箱或氣流的實際熱路徑一起確定。
當小封裝焊盤試圖排出的熱量多於頂層自身散發的熱量時，請在熱組件下使用散熱通孔。實際上，它們在裸露焊盤穩壓器、QFN、LED、MOSFET 和緊湊型電源模組中最有用，這些地方的局部熱密度很高，並且在內層或底層上有有意義的銅來接收熱量。如果頂部已經有足夠的銅、氣流或直接散熱器路徑，則更多的過孔可能會增加複雜性，但沒有太大好處。
最快的工程工作流程是同時檢查三個項目：局部耗散、可用銅面積和組裝方法。首先使用目前路徑的走線寬度計算器、針對共享過孔瓶頸的過孔電流計算器以及當同一銅路徑還承載有意義的電流時的當熱量集中到小型焊盤時使用熱通孔
關鍵問題不是組件運行時是否發熱。真正的問題是熱量是否被困在一個小占地面積內，頂層擴散面積太小。具有底盤安裝的大型 TO-220 可能根本不需要焊盤下的通孔，而小型 QFN 降壓穩壓器可以立即受益，因為其大部分熱量通過一個裸露的熱焊盤排出。
當熱通孔將集中的熱源連接到實際上有幫助的銅時，它們是最有效的：內部平面、底部銅流、金屬背襯區域或輔助散熱器介面。如果接收層被分割平面、間隙限製或密集佈線所切碎，則過孔區域將無處可用於傳遞熱量。
這就是為什麼該決定與熱通孔與信號通孔規劃以及內部與外層策略屬於同一審查。過孔數組並不是一個神奇的修復方法。它是更大的散熱路徑的一部分。
直接建議：當封裝具有裸露焊盤時添加散熱通孔，否則產品將依賴小型頂部銅島來消除大約 1W 到 2W 的局部熱量。
決策矩陣：何時值得使用熱通孔
| 元件情況 | 使用散熱孔？ | 良好的起點 | 主要注意事項 |
|---|---|---|---|
| 裸焊盤的 QFN 或 DFN 穩壓器，局部損耗約 1W 至 3W | 通常是的 | 焊盤下方有 4-9 個過孔，與內部和底部銅相連 | 透過堵塞、填充或小心遮蓋的通孔防止焊料芯吸 |
| FR-4 板上的高亮度 LED | 通常是的 | 熱塊下方的密集過孔場進入背面銅或金屬界面 | 底部仍然需要真正的擴展區域或底盤耦合 |
| 具有強烈頂部和底部澆注的功率 MOSFET 級 | 經常是的 | 在散熱墊和電流環路附近使用過孔，而不僅僅是在一個角落 | 不要在陣列周圍造成當前瓶頸或長期瓶頸 |
| 線性調節器在開放氣流下功耗小於約 0.5W | 往往沒有必要 | 首先嘗試更大的頂部銅 | 額外的過孔可能會增加成本，但幾乎沒有可測量的收益 |
| 模組已從頂部粘合到散熱器或底盤 | 也許 | 仅当 PCB 仍然是预期热路径的一部分时才使用过孔 | 当主要路径在其他地方时，不要假设更多过孔有帮助 |
| 具有严格爬电距离规则的隔离敏感或高压焊盘 | 具體情況具體分析 | 添加任何阵列之前检查安全间距 | 熱增益並不能證明違反間隙或爬電距離是合理的 |
这个矩阵是故意实用的：热通孔阵列是根据热密度和真实的下游热路径而不是习惯来证明合理的。
最佳候选者：稳压器、LED、驱动器和密集功率级
这些也是工程师经常需要同时进行热和电气审查的设计。 MOSFET 或調節器焊盤下的同一塊銅可以一起處理散熱、電流傳輸和返迴路徑控制。這就是為什麼通孔尺寸指南和IPC-2152溫升範例是有用的配套參考。
- 帶有裸露焊盤的降壓、升壓和 LDO 穩壓器：這些封裝通常會透過中心焊盤傳導大部分熱量，因此當電路板緊湊時，此焊盤下方的通孔可以顯著降低結溫。
- 馬達驅動器和閘極驅動器 IC：這些元件結合了開關損耗、傳導損耗和通常有限的佔地面積，使裸露焊盤成為自然的散熱出口。
- 高功率 LED：LED 壽命與結溫有密切關係。如果 PCB 是熱鏈的一部分，則金屬塊下的通孔通常是標準做法。
- 緊湊型 MOSFET 和功率級佈局：當裝置附近的銅區域受到環路電感目標的限制時，散熱通孔可以向下移動熱量，而無需強制採用更長的頂側路徑。
- 標準 FR-4 上的電源模組：如果模組焊盤相對於散熱而言較小，則在使用較重的銅或外部散熱器之前，過孔有助於將熱量散佈到更多的電路板區域。
当热通孔是错误的第一个解决方案时
設計團隊經常跳到熱通孔，因為它們很容易繪製草圖。但是，如果熱路徑主要由氣流不良、密封的外殼壁或其他地方的銅頸縮尺寸過小所主導，則過孔陣列將無法解決真正的限制。
「散熱通孔是一種強大的工具，但前提是電路板有有用的地方可以傳遞熱量。我寧願看到六個位置良好的通孔進入實心銅，也不願看到二十個通孔進入熱死角。」
在扩大容易铺铜的区域之前添加通孔。 如果电路板仍有空间用于更大的顶部浇注，那么这可能比焊盘内通孔处理更便宜地获得热裕度。
使用不带接收铜的热通孔。 位于零件下方的碎片铜或狭窄走线中的过孔区域无法有效地传递热量。
忽略組裝成品率。 可焊焊盤中的開孔可能會竊取焊料並使 QFN 傾斜或減少空洞控制。
使用超出晶圓廠舒適區的微型鑽頭。 只有當供應商能夠以可接受的成本一致地建造它時，積極的陣列才有幫助。
忘记真正的热瓶颈。 有时，最热点是电感器、连接器、分流器或外壳接口，而不是 IC 焊盘本身。
熱元件下熱通孔的佈局清單
| 檢查點 | 好看的是什麼樣的 | 紅旗 |
|---|---|---|
| 封裝熱路 | 數據表顯示外露焊盤或金屬塊作為主要散熱出口 | 即使封裝主要在其他地方冷卻，也添加了熱通孔 |
| 收銅 | 內層或底層在零件下方提供有意義的銅區域 | 通孔位於切割銅中，幾乎沒有鋪展價值 |
| 透過過程 | 開放式、帳篷式、堵塞式或填充式選擇與組裝風險相匹配 | 沒有人與晶圓廠和組裝商確認過孔完成情況 |
| 俯仰和鑽孔 | 陣列適合焊盤幾何形狀和供應商可製造的鑽孔規則 | 陣列非常密集，以至於環形圈、掩模或良率變得微乎其微 |
| 當前路徑交互 | 陣列周圍的銅仍然乾淨地支持電流和回流 | 陣列迫使縮小瓶頸或尷尬的當前彎路 |
| 熱驗證 | 團隊有目標結點、外殼或電路板溫度裕度 | 添加熱通孔時沒有測量或估計目標 |
工程師和買家推薦的起始規則
- 首先閱讀封裝散熱指南並確認裸露焊盤是否為主要熱路徑。
- 估計局部耗散，並詢問頂部銅是否可以在允許的溫升範圍內將其擴散。
- 如果沒有，請為許多小型電源焊盤以大約 0.8 毫米到 1.2 毫米的間距添加大約 4-9 個過孔的初始陣列，然後根據封裝尺寸和晶圓廠規則進行擴展。
- 根據組裝體積和良率目標，儘早決定焊盤是否需要開放式、帳篷式、堵塞式或填充式通孔。
- 檢查同一區域是否有電流瓶頸，特別是當該零件也處理高電流時。
- 使用熱電偶或紅外線加電負載測量原型，然後根據實際數據調整陣列、銅面積或組裝規格。
對於大多數實用的 PCB 程序，該主題背後的搜尋意圖很簡單：組件下的熱通孔陣列何時真正有幫助？答案是，當封裝將熱量推入小型焊盤時，電路板可以將熱量傳播到其他銅，並且組裝方法可以支持通孔結構而不影響良率。
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快速問答
在什麼功率等級下我應該考慮組件下的熱通孔？
一個實際的起點是緊湊封裝中約 1W 到 2W 的局部耗散，特別是當封裝具有裸露焊盤並且電路板無法單獨在頂層很好地散熱時。在密封產品或高環境設計中，閾值可以更低。
熱通孔總是會降低組件溫度嗎？
不。只有當它們將熱源連接到有用的銅區域或另一個冷卻路徑時，它們才有幫助。如果底部擁擠、孤立或熱阻，更多的通孔可能會增加成本，而不會顯著降低溫度。
熱通孔應該是開放的、帳篷狀的、堵塞的還是填充的？
對於可焊焊盤，堵塞或填充過孔通常更安全，因為它們可以減少焊料芯吸。開放通孔適用於原型和一些非關鍵組件，但它們會增加良率風險。如果製造商能夠可靠地固定掩模，那麼帳篷式通孔可以在輕型情況下有所幫助。
在熱焊盤下我應該開始使用多少個熱通孔？
對於許多 QFN 穩壓器和驅動器，第一步是在裸露焊盤區域內以大約 0.8 毫米到 1.2 毫米的間距形成 4 到 9 個過孔，然後根據封裝尺寸、鑽孔限制、銅面積和測量的熱裕度進行調整。
在批准焊盤中的散熱孔之前，買家應與 PCB 供應商確認什麼？
確認成品鑽孔尺寸、縱橫比、通孔堵塞或填充工藝、平坦化、阻焊能力以及任何增加的成本或交貨時間。熱通孔策略部分是製造決策，而不僅僅是佈局決策。
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