1、前言
PCB常规的FR4材料的热导率较低(通常约为 0.3~0.4 W/m·K),这使得它在大功率电路应用中不利于功率芯片热量的快速散发。改善FR4 PCB热传导的一种性价比比较高的方法是在芯片热焊盘上添加热过孔。通过在PCB焊盘上添加热过孔,可以显著增强热传导路径,使热量更容易从功率芯片传递到空气中或散热器上。那么一个焊盘放多少个过孔散热最合适呢?
2、过孔热阻计算
单个热过孔的热阻计算可以用以下公式近似得到:其中:
Rth是热阻(单位:K/W)
L是过孔的长度(也就是PCB的厚度,一般是1.6mm)
k是过孔内材料的热导率(铜的热导率k=400W/m/k)
A是过孔的横截面积
如果我们放置的热过孔直径d=0.3mm,那么过孔热阻Rth:
Rth=L/(k*A)=57℃/W
但是实际上上面的计算是有问题的,原因是我们按铜的热导率为400W/m/k,实际上焊盘为了可焊性考虑,一定不是纯铜,一般是镀锡,也就是SnAgCu焊层,其热阻典型值是58W/m/k,这样重新计算出过孔的热阻
Rth=L/(k*A)=391℃/W如果我们在一个焊盘上放置M个过孔,那么热阻就会变成Rth_1=Rth/M,比如我放置20个过孔,那么焊盘的热阻就变成了Rth_1=391/20=19.55℃/W放置50个过孔:Rth_1=391/50=7.82℃/W放置100个过孔:Rth_1=391/100=3.91℃/W可以发现,过孔越多,焊盘热阻的散热效果改善的已经越来越不明显了。
3、总结
通过上面的计算我们发现,提高过孔散热能力有以下因素:1.提高过孔孔径,比如0.3mm改为0.6mm,2.增加过孔数量需要注意的是,虽然过孔越多,散热越好,但是过孔数量越多,当过孔数量增加到一定程度,过孔数量增加对散热的改善已不再明显,此时我们就没必要增加继续增加过孔数量了。
并且过孔数量增加会导致PCB成本增加,大量密集的通孔对PCB的机械强度也有影响,所以过孔还不能太过于密集,要保持合理间距(一般是1mm),所以我们需要合理放置过孔。
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