Przelotki termiczne to skupiska przelotek zaprojektowane specjalnie do szybkiego przewodzenia ciepła z jednej warstwy płytki PCB (zazwyczaj górnej lub wewnętrznej, gdzie znajdują się elementy generujące ciepło) do innych warstw (zwłaszcza dolnej lub wewnętrznej warstwy miedzianej). Nie pełnią one funkcji radiatorów, lecz raczej skutecznie przewodzą ciepło, rozpraszając je ze „źródła ciepła” na większą powierzchnię miedzianą na płytce PCB, gdzie jest ono rozpraszane poprzez konwekcję i promieniowanie.
1. Zmniejszenie oporu termicznego: Układy scalone (zwłaszcza z padami na spodzie, takie jak QFN, DFN i BGA) charakteryzują się wysoką rezystancją termiczną w kontakcie z powietrzem. Układy scalone przewodzą ciepło do dużej powierzchni folii miedzianej na spodzie lub wewnętrznych warstwach płytki PCB, znacznie zmniejszając całkowity opór termiczny między złączami a otoczeniem.
2. Dystrybucja i rozpraszanie ciepła: Szybkie rozpraszanie ciepła z jednego punktu (źródła ciepła) do większego obszaru zapobiega lokalnemu przegrzaniu.
3. Połączenie ze strukturami termicznymi: przewodzące ciepło do tylnej części płytki PCB, umożliwiające także montaż zewnętrznych radiatorów, rozpraszające ciepło przez obudowę lub zapewniające bezpośrednią ekspozycję na przepływ powietrza.
● Umieszczone poniżej źródła ciepła: Zazwyczaj otwory przelotowe umieszcza się bezpośrednio pod podkładkami termicznymi urządzeń generujących ciepło (np. układów scalonych).
● Formowanie matrycy: Wykorzystanie ściśle upakowanych matryc przelotek zamiast pojedynczych. Zazwyczaj stosuje się formowanie matrycowe lub kwinkunksowe, aby zmaksymalizować powierzchnię przewodzenia ciepła.
● Średnica otworu: Zazwyczaj małe średnice przelotek (np. 0,3–0,5 mm). Mniejsze średnice pozwalają na umieszczenie większej liczby przelotek na ograniczonej powierzchni, zwiększając całkowity przekrój przewodzenia ciepła. Należy jednak wziąć pod uwagę możliwości technologiczne producenta PCB (minimalną średnicę otworu).
● Grubość miedzi na ściankach otworów: Zmaksymalizuj grubość miedzi na ściankach otworów. Określ producentowi PCB „grube wypełnienie miedzią” lub „grubsze pokrycie ścianek otworów” (np. 1 uncja lub więcej). To jeden z najskuteczniejszych sposobów poprawy przewodności cieplnej.
● Odstępy: Odstęp między środkami przelotek wynosi zazwyczaj około dwukrotności średnicy otworu, co zapewnia wystarczającą liczbę pierścieni miedzianych i zapobiega pękaniu otworów podczas wiercenia. Zbyt duży odstęp może prowadzić do problemów z integralnością sygnału (powstawania wnęk rezonansowych) lub trudności produkcyjnych.
● Połącz wszystkie możliwe duże warstwy miedzi: Idealnie, przelotki termiczne powinny łączyć się ze wszystkimi wewnętrznymi płaszczyznami zasilania/masy oraz dolną folią miedzianą. Jest to równoważne podłączeniu źródła ciepła do dużej „masy termicznej”.
● Otwory maski lutowniczej: Z tyłu (w dolnej warstwie) płytki PCB, w obszarze odpowiadającym przelotkom, należy wykonać otwory maski lutowniczej (tj. zapobiec zakryciu miedzi i przelotek przez maskę lutowniczą). Pozwala to na:
* Oddaje ciepło bezpośrednio do powietrza.
* Łatwe lutowanie dodatkowych radiatorów lub bloków metalowych.
* W razie potrzeby można zastosować pastę termoprzewodzącą.
● Przelotki powinny być całkowicie połączone z wewnętrznymi warstwami miedzi (połączenie typu flood), bez stosowania połączeń poprzecznych z odciążeniem termicznym. Aby odprowadzać ciepło, potrzebujemy ścieżki o najniższym oporze termicznym.
Podczas przeprowadzania symulacji termicznych w oprogramowaniu EDA (takim jak ANSYS Icepak, Simcenter Flotherm, Altium Sim itp.):
● Układ przelotowy należy modelować jako równoważny blok przewodzący ciepło, o równoważnej przewodności cieplnej znacznie wyższej niż w przypadku zwykłego materiału FR-4.
● Model musi uwzględniać takie czynniki, jak grubość ścianki miedzianej, wypełniacz (powietrze lub żywica) i gęstość upakowania, aby obliczyć równoważną przewodność cieplną.
● Głównym celem symulacji jest ocena wpływu różnych konstrukcji przelotek na temperaturę złącza układu scalonego i rozkład temperatury powierzchni płytki PCB.
● Wypełniacz przewodzący: wypełniony pastą miedzianą lub przewodzącą żywicą epoksydową, zapewniający doskonałą przewodność cieplną, ale o wysokiej cenie.
● Nieprzewodzący wypełniacz: Wypełniony żywicą, a następnie pokryty warstwą ochronną (VIPPO). Jego głównym celem jest zapobieganie utracie pasty lutowniczej podczas montażu układu scalonego od frontu, a także zapewnia pewną poprawę przewodności cieplnej (lepszą niż powietrze).
● Wypełniacz na bazie żywicy epoksydowej przewodzącej ciepło: wypełniony specjalnym materiałem izolacyjnym o wysokiej przewodności cieplnej, poprawiającym przewodność cieplną i zapewniającym izolację elektryczną.
Przelotki termiczne są niezbędne w przypadku tranzystorów MOSFET, przetworników DC-DC o dużym natężeniu prądu itp. Zazwyczaj umieszcza się je na dużej powierzchni pod urządzeniem.
● Integralność sygnału: Gęste rozmieszczenie przelotek może zaburzyć płaszczyznę odniesienia znajdującą się pod szybkimi liniami sygnałowymi (zwłaszcza mikrofalowymi i RF), powodując nieciągłości. Wymagana jest dyskretna ocena.
● Problemy z lutowaniem: Jeżeli przelotki znajdują się bezpośrednio na polach lutowania powierzchniowego (zwłaszcza na polach dla małych układów scalonych), prawidłowe zatkanie maski lutowniczej jest niezbędne, aby zapobiec utracie pasty lutowniczej podczas lutowania rozpływowego, co może prowadzić do powstawania zimnych połączeń lutowanych.
1. Zidentyfikuj źródła ciepła: Zlokalizuj główne elementy generujące ciepło na płytce PCB.
2. Zaplanuj ścieżki odprowadzania ciepła: Określ, która warstwa (zazwyczaj tylna) będzie przewodzić ciepło.
3. Umieść układ przelotek: Umieść gęste przelotki o małej średnicy pod podkładkami termicznymi urządzenia.
4. Ustaw właściwości przelotowe: Określ pogrubioną miedzianą ścianę przelotową, łączącą się ze wszystkimi odpowiednimi warstwami miedzi.
5. Maska lutownicza: Upewnij się, że otwory maski lutowniczej znajdują się w obszarach odprowadzania ciepła z tyłu.
6. Kontrola DFM: Skontaktuj się z producentem PCB, aby potwierdzić wykonalność i koszty procesów, takich jak średnica otworu, grubość miedzi i wypełnienie przelotowe.
7. Wykonaj symulację termiczną: sprawdź skuteczność projektu.
Podsumowując, przelotki termiczne PCB to tania i wysoce wydajna metoda wbudowanego odprowadzania ciepła. Głównym celem jest „wykorzystanie całej warstwy miedzianej PCB jako radiatora”. Projektowanie przelotek jest kluczem do skutecznego zarządzania ciepłem, szczególnie w elektronice mocy i urządzeniach kompaktowych.
Benlida produkuje płytki PCB i PCBA od 14 lat. Firma stworzyła system produkcyjny: od zaawansowanego sprzętu po zespół inżynierów, od kontroli procesu po silny łańcuch dostaw. Posiadamy bardzo dopracowane procesy produkcyjne dla przelotek termicznych PCB. Jeśli potrzebujesz niestandardowej płytki PCB, skontaktuj się z Benlidą!
pl
WhatsApp