Prelazni spojevi na štampanoj ploči služe kao kritični provodljivi kanali za povezivanje različitih slojeva kola, a njihova prekostrujna sposobnost direktno utiče na performanse i pouzdanost čitavog sistema kola. Naročito u scenarijima primjene velike struje, kao što su strujni krugovi, krugovi pojačala snage, itd., ako se prekostrujnom sposobnošću priključka ne rukuje pravilno, to može uzrokovati lokalno pregrijavanje, odvajanje lemnog spoja, pa čak i spaliti tiskanu ploču, što dovodi do kvara opreme.
1, Ključni faktori koji utiču na kapacitet protoka kroz{1}}otvor
Prečnik i količina prolaznih rupa
Prečnik prolaznog otvora{0}} igra odlučujuću ulogu u njegovom kapacitetu protoka. Prema principu gustine struje, pod istim uslovima struje, što je veći promjer-otvora, veća je -površina poprečnog presjeka kroz koju struja prolazi, a gustina struje je manja. Na primjer, u visokostrujnom modulu napajanja, koji koristi 0,3 mm prečnika i 0,5 mm prečnika, kada prođe struju od 10 A, 0,3 mm via brzo se podiže na 140 stepeni zbog velike gustine struje, daleko premašujući raspon tolerancije FR4 materijala (generalno, radna temperatura FR4 materijala je ograničena na ispod 125 stepeni rizika od kvara), po. Temperatura 0,5 mm kroz{14}}otvor ostaje stabilna na 85 stepeni, i dalje u sigurnom opsegu. Osim toga, korištenje više paralelnih prolaza može efikasno distribuirati struju. U slučaju ukupne struje od 15A, temperatura jednog prolaza od 0,5 mm može dostići i do 130 stepeni, približavajući se pragu opasnosti. Međutim, nakon što su tri vijasa od 0,5 mm spojena paralelno, temperatura pada na 75 stepeni. Kada se broj 0.5mm vijasa poveća na pet paralelno, temperatura dalje pada na 60 stepeni, a stabilnost sistema je značajno poboljšana.
Debljina bakra
Debljina bakrenog sloja na unutrašnjem zidu otvora određuje njegovu provodljivost. Uobičajene debljine bakrene ploče uključuju 18 μm, 25 μm i više specifikacije. Uzimajući za primjer isti promjer 0,5 mm preko, pri prolasku struje od 10 A, temperatura bakrenog otvora od 18 μm koji je obložen preko dostiže 92 stepena, temperatura pada na 78 stepeni kada je obložen bakrom od 25 μm, a temperatura 50 μm bakrenog spoja obloženog je samo 65 stepeni. Ovo ukazuje na to da kako se debljina bakrene prevlake povećava, otpor prolaza se smanjuje, toplina koja se stvara kada struja prolazi kroz opada, a učinak rasipanje topline je značajno poboljšan, čime se uvelike povećava prekostrujna sposobnost prolaza.
broj sloja štampane ploče i način povezivanja bakra
Broj slojeva štampane ploče i način povezivanja između prolaza i unutrašnjeg bakrenog sloja će uticati na put toplotne provodljivosti otvora. U više-slojnim štampanim pločama, ako se otvor može efikasno povezati sa više unutrašnjih slojeva bakra, to znači da se toplota može disipirati kroz više puteva, što je korisno za poboljšanje kapaciteta preko struje.
Mjere odvođenja topline
Kompletnost mjera za rasipanje topline također u velikoj mjeri utječe na mogućnost prekomjerne struje kroz{0}}otvor. Postavljanje bakrene folije za disipaciju topline u blizini otvora može brzo raspršiti toplinu koju generiše otvor i smanjiti temperaturu spojnice. Upotreba vrućih spojeva je jednako ključna jer oni mogu usmjeriti toplinu na druga područja rasipanje topline na tiskanoj ploči. Pored toga, punjenje materijala za rasipanje toplote kao što je toplotno provodljivi lepak oko prolaza može efikasno poboljšati efekat odvođenja toplote.
uslovi životne sredine
Temperatura i protok vazduha u radnom okruženju imaju neosporan uticaj na kapacitet protoka kroz{0}}otvor. U okruženjima s visokim temperaturama, poteškoće u disipaciji topline samog prolaza se povećavaju, a njegov prekostrujni kapacitet se shodno tome smanjuje. Na primjer, pri temperaturi okoline od 50 stepeni, struja dozvoljena kroz vijaču je niža nego na sobnoj temperaturi od 25 stepeni. Dobar protok zraka, kao što je prisilno hlađenje zraka ili prirodni uvjeti konvekcije, može ubrzati disipaciju površinske topline kroz otvor i pomoći u poboljšanju kapaciteta protoka. U nekim vanjskim elektroničkim uređajima, zbog velikih temperaturnih promjena i ograničenih uvjeta ventilacije, potrebno je pažljivije projektirati spojeve kako bi se prilagodili izazovima otežanog okruženja na prekostrujnom kapacitetu.
2, Metoda procjene kapaciteta protoka kroz{1}}otvor
Prema standardnim referentnim podacima
U ovom trenutku, iako ne postoji jedinstveni standard posebno za prekostrujni kapacitet vias, podaci o trenutnoj nosivosti bakrenih žica štampanih ploča u standardu IPC-2152 mogu se koristiti za preliminarnu procjenu nadstrujnog kapaciteta vias. Ovaj standard daje referentne vrijednosti za trenutni kapacitet nosivosti različitih širina vodova i debljine bakra u specifičnim uvjetima porasta temperature. Međutim, zbog razlika između preko struktura i običnih bakrenih žica, ovi podaci se mogu koristiti samo kao grube reference i potrebno ih je prilagoditi specifičnim situacijama u praktičnim primjenama.
eksperimentalno ispitivanje
Eksperimentalno testiranje je direktna i pouzdana metoda za procjenu preko-nadstrujne sposobnosti rupe. Izgradnjom stvarnog kruga za testiranje, različite veličine struje se primjenjuju na prolazne rupe, a temperaturni senzori se koriste za praćenje promjena temperature među rupama u realnom vremenu. Na primjer, u eksperimentu se odabire višestruki vias istih specifikacija i kroz njih se propuštaju različite struje kao što su 1A, 3A, 5A, a odgovarajuće temperature se bilježe. Trenutna vrijednost pri kojoj temperatura dostigne granicu tolerancije FR4 materijala je maksimalni prekostrujni kapacitet priključka pod ovim uvjetom. Ova metoda može intuitivno odražavati performanse vijasa u praktičnom radu, ali eksperimentalni proces je dugotrajan-i naporan, a na njega utiču faktori kao što su okruženje za testiranje i tačnost opreme.
Termička simulacijska analiza
Koristeći profesionalni softver za termičku simulaciju, konstruirajte trodimenzionalni termalni model spojeva na štampanoj ploči kako biste simulirali raspodjelu temperature spojeva pod različitim strujnim opterećenjima. U simulacionom modelu, parametri kao što su prečnik, debljina bakrene ploče, broj sloja štampane ploče i uslovi odvođenja toplote mogu biti precizno podešeni. Promjenom ovih parametara, promjene temperature prolaza se mogu posmatrati kako bi se procijenila sposobnost prekostrujnog prijenosa. Upoređujući temperaturu otvora promjera 0,3 mm, 0,5 mm i 0,8 mm ispod struje od 10 A kroz simulaciju, jasno je da postoje razlike u prekostrujnom kapacitetu vias različitih promjera. Analiza termičke simulacije je efikasna i može sveobuhvatno razmotriti više faktora, pružajući snažnu osnovu za optimizaciju putem dizajna. Međutim, točnost rezultata simulacije ovisi o racionalnosti podešavanja parametara modela.
3, Strategija optimizacije dizajna za povećanje kapaciteta protoka kroz rupe
Optimizirajte putem veličine i izgleda
U fazi projektovanja, preporučljivo je koristiti otvore većeg prečnika što je više moguće, po mogućnosti većeg od ili jednakog 0,5 mm, kako bi se smanjila gustina struje i minimiziralo stvaranje toplote. Za aplikacije velike struje, više prolaza bi trebalo biti spojeno paralelno. Za struje veće od 5A, preporučuje se korištenje više od ili jednako 3 0.5mm vias. U isto vrijeme, razumno planirajte raspored prolaza kako biste izbjegli prekomjernu koncentraciju prolaza i spriječili prekomjernu akumulaciju topline u lokalnim područjima. Na primjer, preko veze između strujne ravni i uzemljenja, sa ravnomjerno raspoređenim vias, može efikasno uravnotežiti struju i poboljšati ukupnu prekostrujnu sposobnost.
Povećajte debljinu bakrene ploče
Ako proces proizvodnje štampanih ploča dopušta, povećanje debljine bakrenog sloja na unutrašnjem zidu otvora na 25 μm ili više može značajno smanjiti toplotni otpor i povećati njegovu prekostrujnu sposobnost. Na primjer, u matičnoj ploči servera koja zahtijeva izuzetno visoku stabilnost napajanja, debljina bakrene obloge na rupama za prolaze je povećana sa 18 μm na 35 μm. Nakon testiranja, temperatura prolaznih otvora je značajno smanjena pod velikim strujnim opterećenjima, a stabilnost sistema je značajno poboljšana.
Poboljšani dizajn odvođenja topline
Postavite veliku površinu bakrene folije za odvođenje toplote oko otvora i osigurajte dobru vezu između otvora i bakarne folije za rasipanje toplote, obezbeđujući efikasan put za provođenje toplote. Razumno uredite termalne prolaze kako biste raspršili toplotu na druga područja rasipanje toplote na štampanoj ploči. Osim toga, premazivanje materijala za rasipanje topline, kao što je toplotno provodljiva boja na površini via dodatno pojačava učinak rasipanje topline. U elektronskim uređajima velike snage, kao što je dizajn štampanih ploča industrijskih frekventnih pretvarača, ove mjere odvođenja topline mogu efikasno poboljšati pouzdanost rada u okruženjima velike struje.
Prilagodite prema stvarnim scenarijima primjene
U potpunosti uzmite u obzir stvarno okruženje upotrebe štampane ploče, kao što su radna temperatura, vlažnost, uslovi ventilacije, itd., i optimizirajte dizajn kroz{1}}otvor u skladu s tim. U okruženjima s visokim temperaturama, na odgovarajući način povećajte veličinu ili broj prolaznih rupa; U vlažnim sredinama pojačajte zaštitne mjere za prolazne rupe kako biste spriječili smanjenje prekostrujnog kapaciteta zbog korozije.