Перейти к содержанию

Теплоотводные отверстия (thermal via)

Под корпусами с открытой тепловой площадкой ставят массив переходных отверстий, которые проводят тепло от микросхемы в медь внутренних слоёв и обратной стороны платы. От их числа, размера и соединения зависит температура кристалла.

Обновлено Редакция GAW

Теплоотводные отверстия (thermal vias) — массив обычных переходных отверстий под тепловой площадкой корпуса. Их задача — не электрическая связь, а перенос тепла от открытой площадки микросхемы в медь внутренних слоёв и обратной стороны платы. По руководству TI SLMA002H это главный путь тепла от площадки вглубь платы.

Сопротивление. Тепло идёт по медной стенке отверстия — тонкой трубке длиной в толщину платы. TI в руководстве SNVA419C считает его так:

θотв=LλCu π(r2−(r−t)2),\theta_\text{отв} = \frac{L}{\lambda_{Cu}\,\pi\left(r^2 - (r - t)^2\right)},

где λ меди — 4 Вт/(см·°C), r — радиус отверстия, t — толщина меди стенки (0,0035 см на унцию), L — толщина платы.

Отверстие в плате 1,65 ммθ по SNVA419C
12 мил (0,3 мм), медь 0,5 унции261 °C/Вт
12 мил, медь 1 унцияоколо 140 °C/Вт
8 мил (0,2 мм), заполнено медьюоколо 128 °C/Вт

Отверстия массива работают параллельно, и сопротивление делится на их число: 16 отверстий по 261 °C/Вт — 16,3 °C/Вт.

Правила из руководств TI:

  • ставить под площадкой как можно больше отверстий с шагом около 1 мм (SNVA419C), но помнить, что выигрыш убывает: для небольшого кристалла хватает 5–9 (SLMA002H);
  • соединять с плоскостями сплошь, по всей окружности, без тепловых барьеров (SLMA002H, SLVA959B);
  • делать отверстия маленькими — сверло 0,33 мм и меньше, — чтобы припой не уходил с площадки (SLMA002H);
  • размер, число и шаг брать из даташита конкретной микросхемы.

Сопротивление массива и нужную площадь платы считает калькулятор теплового расчёта платы, правила теплоотвода — в статье «Теплоотвод через печатную плату».

Частые вопросы

Какое тепловое сопротивление у теплоотводного отверстия?

По расчёту TI в руководстве SNVA419C — около 261 °C/Вт у отверстия 12 мил (0,3 мм) с медью стенки 0,5 унции в плате толщиной 1,65 мм. Тепло идёт по тонкой медной стенке, поэтому одно отверстие проводит его плохо, но отверстия массива работают параллельно: 16 штук дают 16,3 °C/Вт.

Сколько теплоотводных отверстий ставить?

TI в SNVA419C советует ставить под площадкой столько, сколько поместится, с шагом около 1 мм. По руководству SLMA002H выигрыш с ростом числа отверстий убывает, и для небольшого кристалла хватает 5–9. Точное число и размер отверстий указывают в даташите микросхемы.

Почему теплоотводные отверстия делают маленькими?

Чтобы при пайке припой с тепловой площадки не утекал в отверстия. По руководству TI SLMA002H сверло 0,33 мм и меньше работает хорошо; незаполненные отверстия ещё и закрывают маской со стороны компонента.

Источники

  1. Texas Instruments. AN-2020 Thermal Design By Insight, Not Hindsight (SNVA419C, revised April 2013) — правило 2 — θ отверстия = L / (λCu · π · (r² − (r − t)²)), λCu = 4 Вт/(см·°C), медь 0,0035 см на унцию; отверстие 12 мил с медью 0,5 унции в плате 0,165 см — 261 °C/Вт, 1 унция — около 140, заполненное 8 мил — 128 °C/Вт; 16 отверстий — 16,3 °C/Вт; массив под площадкой с шагом 1 мм, соединять с как можно большим числом слоёв; заполнение удорожает плату в 2–3 раза
  2. Texas Instruments. PowerPAD Thermally Enhanced Package (SLMA002H, revised July 2018) — разд. 2.4 — главный путь тепла от площадки к внутренним слоям; выигрыш убывает с числом отверстий, для небольшого кристалла 5–9; отверстия 0,33 мм с медью 1 унция, сечение меди около 1 % площади площадки; сверло 0,33 мм и меньше против ухода припоя; без тепловых барьеров
  3. Texas Instruments. Best Practices for Board Layout of Motor Drivers (SLVA959B, revised October 2021) — разд. 2.4–2.5 — сплошное соединение с плоскостями; отверстия 20 мил с отверстием 8 мил под тепловой площадкой

Нашли ошибку?

Смотрите также