Parámetros de Vía
Típico: 0.2-0.6mm
1 oz ≈ 35µm
Espesor del PCB
Resultados
Resistencia Térmica Vía Individual
192.4 °C/W
Vías Requeridas
2
Resistencia Térmica Total
96.21 °C/W
Aumento de Temperatura
96.21 °C/W
Temp. Unión Estimada
121.2 °C
Marginal - considere agregar vías
Capacidad Máx. de Potencia
1.04 W
Matriz de Vías Sugerida
Configuraciones Comunes de Vías
| Via Type | Diámetro de Vía | Espesor de Metalizado | 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.
Entendiendo las Vías Térmicas
Las vías térmicas son orificios metalizados en un PCB que transfieren calor de una capa a otra, típicamente desde el pad térmico de un componente hacia un plano de tierra interno o un disipador en la parte inferior. Son esenciales para gestionar el calor en electrónica de potencia, iluminación LED y circuitos de alto rendimiento.
La resistencia térmica de una vía depende de su geometría y el espesor del metalizado de cobre. Múltiples vías en paralelo reducen la resistencia térmica total, mejorando la disipación de calor.
Física de las Vías Térmicas
Fórmula de Resistencia Térmica
La resistencia térmica de una vía individual se calcula usando la ley de conducción de calor de Fourier:
Donde:
- Rth = Resistencia térmica (°C/W)
- L = Longitud de vía / Espesor del PCB (m)
- k = Conductividad térmica del cobre = 385 W/(m·K)
- A = Área de sección transversal del anillo de cobre (m²)
Área del Anillo de Cobre
Para una vía metalizada estándar (no rellena), el cobre forma un cilindro hueco:
Donde rexterior es el radio de la vía y rinterior = rexterior - espesor del metalizado.
Cálculo de Vías en Paralelo
Cuando se usan múltiples vías en paralelo, sus resistencias térmicas se suman como resistencias en paralelo:
Donde N es el número de vías. Duplicar las vías reduce a la mitad la resistencia térmica.
Guías de Diseño
Ubicación de Vías
- Bajo el pad térmico — Coloque las vías directamente bajo los pads expuestos de encapsulados QFN, DFN y de potencia
- Patrón de matriz — Use un patrón de rejilla regular para distribución uniforme del calor
- Espaciado de vías — Mínimo 0.5mm de centro a centro para fabricabilidad
- Distancia al borde — Mantenga las vías al menos 0.25mm de los bordes del pad
Dimensionamiento de Vías
- Diámetro — Las vías más grandes tienen menor resistencia térmica (0.3-0.5mm típico)
- Espesor del metalizado — Un metalizado más grueso mejora la conductividad térmica (25-35µm típico)
- Vías rellenas — El relleno de cobre o epoxi conductivo proporciona el mejor rendimiento térmico
- Vías tapadas — Metalizadas encima para permitir colocación de componentes
Consideraciones del Stack-up del PCB
- Proximidad al plano de tierra — Conecte las vías a un plano de tierra cercano para dispersión de calor
- Thermal relief — Evite thermal reliefs en pads térmicos si es posible
- Cobre en la parte inferior — Un área grande de cobre abajo mejora la convección
- Fijación del disipador — Considere un disipador mecánico para aplicaciones de alta potencia
Ejemplos de Aplicación
Encapsulados QFN/DFN
La mayoría de los encapsulados QFN tienen un pad de montaje de die (DAP) expuesto en la parte inferior. Este pad requiere vías térmicas para transferir calor a las capas internas de cobre. Los diseños típicos usan 4-9 vías dependiendo del tamaño del encapsulado y la disipación de potencia.
Gestión Térmica de LEDs
Los LEDs de alta potencia generan calor significativo en la unión. Los PCB con núcleo metálico (MCPCB) o matrices de vías térmicas bajo el pad térmico del LED son esenciales. Para LEDs de 1W+, espere necesitar 6-12 vías térmicas o un MCPCB.
MOSFETs de Potencia
Los encapsulados DPAK y D2PAK disipan calor a través de la lengüeta del drain. La lengüeta debe conectarse a un área grande de cobre con vías térmicas para dispersar el calor. La disipación de potencia superior a 2W típicamente requiere gestión térmica adicional.
Reguladores de Voltaje
Los reguladores lineales y los convertidores conmutados generan calor proporcional a sus pérdidas. Use la calculadora de disipación de potencia para determinar el calor generado, luego dimensione su matriz de vías térmicas en consecuencia.
Preguntas Frecuentes
¿Debo usar vías rellenas o vías metalizadas estándar?
Las vías rellenas proporcionan mejor conductividad térmica pero cuestan más. Para la mayoría de las aplicaciones, las vías metalizadas estándar con 25-35µm de cobre son suficientes. Use vías rellenas para aplicaciones de alta potencia o cuando la absorción de soldadura sea una preocupación.
¿Qué tan cerca puedo colocar las vías térmicas?
El espaciado mínimo depende de su fabricante de PCB. Típicamente, 0.5mm de centro a centro es alcanzable con procesos estándar. Consulte las reglas de diseño de su fabricante para los mínimos exactos.
¿Afectan las vías térmicas la integridad de la señal?
Las vías térmicas típicamente se colocan bajo los pads térmicos de los componentes, lejos de las pistas de señal. Si se colocan cerca de señales de alta velocidad, pueden afectar la impedancia. Mantenga las vías térmicas separadas de las áreas de ruteo de señales.
¿Puedo usar vías térmicas con pasta de soldadura?
Sí, pero la soldadura puede absorber a través de vías abiertas causando vacíos. Las opciones incluyen: usar vías más pequeñas (<0.3mm), vías rellenas y tapadas, o cubrir vías con máscara de soldadura. Algunos diseños usan via-in-pad con vías rellenas para mejores resultados.
¿Cómo mido el rendimiento térmico real?
Use una cámara térmica o termopar para medir temperaturas durante la operación. Compare la temperatura de unión medida con los valores calculados. El rendimiento real puede variar debido a la convección, radiación y factores específicos del PCB.