Via-Parameter
Typisch: 0,2-0,6mm
1 oz ≈ 35µm
PCB-Dicke
Ergebnisse
Wärmewiderstand einzelnes Via
192.4 °C/W
Benötigte Vias
2
Gesamtwärmewiderstand
96.21 °C/W
Temperaturanstieg
96.21 °C/W
Geschätzte Sperrschichttemp.
121.2 °C
Grenzwertig - Vias hinzufügen erwägen
Max. Leistungskapazität
1.04 W
Empfohlenes Via-Array
Gängige Via-Konfigurationen
| Via Type | Via-Durchmesser | Beschichtungsdicke | R_th (°C/W) | Use Case |
|---|---|---|---|---|
| Small | 0.2 mm | 18 µm (0.5 oz) | ~280 | Signal vias, low power |
| Standard | 0.3 mm | 25 µm (0.7 oz) | ~140 | General thermal vias |
| Large | 0.4 mm | 35 µm (1 oz) | ~70 | Power devices |
| Power | 0.5 mm | 35 µm (1 oz) | ~50 | High power, LED |
| Filled | 0.6 mm | 50 µm (filled) | ~25 | Maximum thermal transfer |
Click on a row to use those values. R_th values are approximate for 1.6mm PCB thickness.
Thermische Vias verstehen
Thermische Vias sind durchkontaktierte Löcher in einer Leiterplatte, die Wärme von einer Schicht zur anderen übertragen, typischerweise vom Wärme-Pad eines Bauteils zu einer internen Massefläche oder einem Kühlkörper auf der Unterseite. Sie sind essentiell für das Wärmemanagement in Leistungselektronik, LED-Beleuchtung und Hochleistungsschaltungen.
Der Wärmewiderstand eines Vias hängt von seiner Geometrie und der Kupferbeschichtungsdicke ab. Mehrere parallele Vias reduzieren den Gesamtwärmewiderstand und verbessern die Wärmeableitung.
Physik thermischer Vias
Formel für den Wärmewiderstand
Der Wärmewiderstand eines einzelnen Vias wird mit dem Fourierschen Gesetz der Wärmeleitung berechnet:
Wobei:
- Rth = Wärmewiderstand (°C/W)
- L = Via-Länge / PCB-Dicke (m)
- k = Wärmeleitfähigkeit von Kupfer = 385 W/(m·K)
- A = Querschnittsfläche des Kupferrings (m²)
Kupferring-Fläche
Bei einem standardmäßig beschichteten Via (nicht gefüllt) bildet das Kupfer einen Hohlzylinder:
Wobei raußen der Via-Radius ist und rinnen = raußen - Beschichtungsdicke.
Parallelschaltung von Vias
Wenn mehrere Vias parallel verwendet werden, addieren sich ihre Wärmewiderstände wie parallele Widerstände:
Wobei N die Anzahl der Vias ist. Eine Verdopplung der Vias halbiert den Wärmewiderstand.
Design-Richtlinien
Via-Platzierung
- Unter dem Wärme-Pad — Vias direkt unter freiliegenden Pads von QFN-, DFN- und Leistungsgehäusen platzieren
- Array-Muster — Regelmäßiges Gittermuster für gleichmäßige Wärmeverteilung verwenden
- Via-Abstand — Minimum 0,5mm Mitte-zu-Mitte für Fertigbarkeit
- Randabstand — Vias mindestens 0,25mm von Pad-Kanten entfernt halten
Via-Dimensionierung
- Durchmesser — Größere Vias haben niedrigeren Wärmewiderstand (0,3-0,5mm typisch)
- Beschichtungsdicke — Dickere Beschichtung verbessert Wärmeleitfähigkeit (25-35µm typisch)
- Gefüllte Vias — Kupfer- oder leitfähige Epoxidfüllung bietet beste thermische Leistung
- Verschlossene Vias — Überzogen zur Bauteilplatzierung darüber
PCB-Lagenaufbau-Überlegungen
- Nähe zur Massefläche — Vias an eine nahe Massefläche zur Wärmeverteilung anschließen
- Thermal Relief — Thermal Reliefs auf Wärme-Pads wenn möglich vermeiden
- Unterseitenkupfer — Große Kupferfläche unten verbessert Konvektion
- Kühlkörperbefestigung — Mechanischen Kühlkörper für Hochleistungsanwendungen erwägen
Anwendungsbeispiele
QFN/DFN-Gehäuse
Die meisten QFN-Gehäuse haben ein freiliegendes Die-Attach-Pad (DAP) auf der Unterseite. Dieses Pad erfordert thermische Vias zur Wärmeübertragung auf interne Kupferschichten. Typische Designs verwenden 4-9 Vias je nach Gehäusegröße und Verlustleistung.
LED-Wärmemanagement
Hochleistungs-LEDs erzeugen erhebliche Wärme am Übergang. Metallkern-Leiterplatten (MCPCB) oder thermische Via-Arrays unter dem LED-Wärme-Pad sind essentiell. Für LEDs ab 1W sind 6-12 thermische Vias oder eine MCPCB zu erwarten.
Leistungs-MOSFETs
DPAK- und D2PAK-Gehäuse leiten Wärme über die Drain-Lasche ab. Die Lasche sollte mit einer großen Kupferfläche mit thermischen Vias zur Wärmeverteilung verbunden sein. Verlustleistung über 2W erfordert typischerweise zusätzliches Wärmemanagement.
Spannungsregler
Linearregler und Schaltregler erzeugen Wärme proportional zu ihren Verlusten. Verwenden Sie den Verlustleistungsrechner zur Bestimmung der erzeugten Wärme und dimensionieren Sie dann Ihr thermisches Via-Array entsprechend.
Häufig gestellte Fragen
Sollte ich gefüllte oder standardmäßig beschichtete Vias verwenden?
Gefüllte Vias bieten bessere Wärmeleitfähigkeit, kosten aber mehr. Für die meisten Anwendungen sind standardmäßig beschichtete Vias mit 25-35µm Kupfer ausreichend. Verwenden Sie gefüllte Vias für Hochleistungsanwendungen oder wenn Lotdocht ein Problem ist.
Wie nah kann ich thermische Vias platzieren?
Der Mindestabstand hängt von Ihrem PCB-Hersteller ab. Typischerweise sind 0,5mm Mitte-zu-Mitte mit Standardprozessen erreichbar. Prüfen Sie die Designregeln Ihres Fertigers für genaue Mindestwerte.
Beeinflussen thermische Vias die Signalintegrität?
Thermische Vias werden typischerweise unter Bauteil-Wärme-Pads platziert, entfernt von Signalleiterbahnen. Bei Platzierung in der Nähe von Hochgeschwindigkeitssignalen können sie die Impedanz beeinflussen. Halten Sie thermische Vias von Signalführungsbereichen getrennt.
Kann ich thermische Vias mit Lotpaste verwenden?
Ja, aber Lot kann durch offene Vias dochten und Hohlräume verursachen. Optionen umfassen: kleinere Vias (<0,3mm), gefüllte und verschlossene Vias, oder Vias mit Lötstopplack abdecken. Einige Designs verwenden Via-in-Pad mit gefüllten Vias für beste Ergebnisse.
Wie messe ich die tatsächliche thermische Leistung?
Verwenden Sie eine Wärmebildkamera oder ein Thermoelement zur Temperaturmessung während des Betriebs. Vergleichen Sie gemessene Sperrschichttemperatur mit berechneten Werten. Die tatsächliche Leistung kann durch Konvektion, Strahlung und PCB-spezifische Faktoren variieren.