Paramètres des Vias
Typique: 0,2-0,6mm
1 oz ≈ 35µm
Épaisseur du PCB
Résultats
Résistance Thermique Via Unique
192.4 °C/W
Vias Requis
2
Résistance Thermique Totale
96.21 °C/W
Élévation de Température
96.21 °C/W
Temp. Jonction Estimée
121.2 °C
Marginal - envisagez d'ajouter des vias
Capacité Max de Puissance
1.04 W
Matrice de Vias Suggérée
Configurations Courantes de Vias
| Via Type | Diamètre du Via | Épaisseur du Placage | 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.
Comprendre les Vias Thermiques
Les vias thermiques sont des trous métallisés traversants dans un PCB qui transfèrent la chaleur d'une couche à une autre, typiquement du pad thermique d'un composant vers un plan de masse interne ou un dissipateur côté inférieur. Ils sont essentiels pour gérer la chaleur dans l'électronique de puissance, l'éclairage LED et les circuits haute performance.
La résistance thermique d'un via dépend de sa géométrie et de l'épaisseur du placage cuivre. Plusieurs vias en parallèle réduisent la résistance thermique totale, améliorant la dissipation.
Physique des Vias Thermiques
Formule de Résistance Thermique
La résistance thermique d'un via unique est calculée en utilisant la loi de conduction thermique de Fourier:
Où:
- Rth = Résistance thermique (°C/W)
- L = Longueur du via / Épaisseur du PCB (m)
- k = Conductivité thermique du cuivre = 385 W/(m·K)
- A = Section transversale de l'anneau de cuivre (m²)
Surface de l'Anneau de Cuivre
Pour un via plaqué standard (non rempli), le cuivre forme un cylindre creux:
Où rexterne est le rayon du via et rinterne = rexterne - épaisseur du placage.
Calcul des Vias en Parallèle
Lorsque plusieurs vias sont utilisés en parallèle, leurs résistances thermiques s'additionnent comme des résistances parallèles:
Où N est le nombre de vias. Doubler les vias divise par deux la résistance thermique.
Directives de Conception
Placement des Vias
- Sous le pad thermique — Placez les vias directement sous les pads exposés des boîtiers QFN, DFN et de puissance
- Motif en matrice — Utilisez un motif de grille régulier pour une distribution uniforme de la chaleur
- Espacement des vias — Minimum 0,5mm de centre à centre pour la fabricabilité
- Dégagement des bords — Gardez les vias à au moins 0,25mm des bords du pad
Dimensionnement des Vias
- Diamètre — Les vias plus grands ont une résistance thermique plus faible (0,3-0,5mm typique)
- Épaisseur du placage — Un placage plus épais améliore la conductivité thermique (25-35µm typique)
- Vias remplis — Le remplissage cuivre ou époxy conducteur offre la meilleure performance thermique
- Vias bouchés — Plaqués pour permettre le placement de composants dessus
Considérations sur l'Empilage PCB
- Proximité du plan de masse — Connectez les vias à un plan de masse proche pour la diffusion de chaleur
- Relief thermique — Évitez les reliefs thermiques sur les pads thermiques si possible
- Cuivre côté inférieur — Une grande surface de cuivre en dessous améliore la convection
- Fixation du dissipateur — Envisagez un dissipateur mécanique pour les applications haute puissance
Exemples d'Application
Boîtiers QFN/DFN
La plupart des boîtiers QFN ont un pad de fixation de puce (DAP) exposé en dessous. Ce pad nécessite des vias thermiques pour transférer la chaleur vers les couches de cuivre internes. Les conceptions typiques utilisent 4-9 vias selon la taille du boîtier et la dissipation de puissance.
Gestion Thermique des LED
Les LED haute puissance génèrent une chaleur significative à la jonction. Les PCB à noyau métallique (MCPCB) ou les matrices de vias thermiques sous le pad thermique LED sont essentiels. Pour les LED de 1W+, attendez-vous à avoir besoin de 6-12 vias thermiques ou d'un MCPCB.
MOSFETs de Puissance
Les boîtiers DPAK et D2PAK dissipent la chaleur par la languette de drain. La languette doit être connectée à une grande surface de cuivre avec des vias thermiques pour diffuser la chaleur. Une dissipation supérieure à 2W nécessite généralement une gestion thermique supplémentaire.
Régulateurs de Tension
Les régulateurs linéaires et les convertisseurs à découpage génèrent de la chaleur proportionnelle à leurs pertes. Utilisez le calculateur de dissipation de puissance pour déterminer la chaleur générée, puis dimensionnez votre matrice de vias thermiques en conséquence.
Questions Fréquentes
Dois-je utiliser des vias remplis ou des vias plaqués standard?
Les vias remplis offrent une meilleure conductivité thermique mais coûtent plus cher. Pour la plupart des applications, les vias plaqués standard avec 25-35µm de cuivre sont suffisants. Utilisez des vias remplis pour les applications haute puissance ou lorsque le mouillage de soudure est un problème.
À quelle distance puis-je placer les vias thermiques?
L'espacement minimum dépend de votre fabricant de PCB. Typiquement, 0,5mm de centre à centre est réalisable avec des procédés standard. Vérifiez les règles de conception de votre fabricant pour les minimums exacts.
Les vias thermiques affectent-ils l'intégrité du signal?
Les vias thermiques sont généralement placés sous les pads thermiques des composants, loin des pistes de signal. S'ils sont placés près de signaux haute vitesse, ils peuvent affecter l'impédance. Gardez les vias thermiques séparés des zones de routage de signaux.
Puis-je utiliser des vias thermiques avec de la pâte à souder?
Oui, mais la soudure peut remonter par capillarité dans les vias ouverts causant des vides. Les options incluent: utiliser des vias plus petits (<0,3mm), des vias remplis et bouchés, ou couvrir les vias avec du vernis épargne. Certaines conceptions utilisent le via-in-pad avec des vias remplis pour de meilleurs résultats.
Comment mesurer la performance thermique réelle?
Utilisez une caméra thermique ou un thermocouple pour mesurer les températures pendant le fonctionnement. Comparez la température de jonction mesurée aux valeurs calculées. La performance réelle peut varier en raison de la convection, du rayonnement et des facteurs spécifiques au PCB.