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如何实现更小PCB板面积上实现更高的功率密度

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2018-11-15 21:45    浏览量:
如果大家从电路板的顶层到底部添加通孔连接会发生什么?
 
让大家分析一下添加通孔连接的情况。电路板使用的通孔的孔尺寸约为12密耳(0.012英寸)。制作通孔时,钻一个直径为0.014英寸的孔,然后镀铜,这样可以增加孔内部约1密耳(0.001英寸)厚的铜壁。电路板也使用Enig电镀工艺。这为铜的外表面增加了约200微英寸的镍和约5微英寸的金。
 
大家在计算中忽略了这些材料,仅使用铜来确定通孔的热阻。
类型2是计算圆柱形管的热阻的公式。
圆柱管热阻的计算
 
公式2:计算圆柱形管的热阻
 
变量L是圆柱管的长度,K是导热系数,R1是大半径,R0是小半径。
对于使用该公式的12密耳(直径)孔,大家具有r0 = 6(0.006英寸),r1 = 7(0.007英寸)和k = 9(镀铜)。
耳孔的12个表面尺寸
 
图5:12耳孔的表面尺寸变量L是通孔的长度(从顶部铜层到铜层底部)。电路板上的焊接电源模块没有电阻层,但对于其他区域,PCB设计工程师可能需要在每个通孔的顶部放置电阻层,否则通孔上方的区域将是空的。由于通孔仅连接到外铜层,因此其长度为63.4密耳(0.0634英寸)。
总通孔长度本身的热阻为167°c / w,如公式3所示。
计算通孔的热阻(12 Mil)
 
公式3:计算通孔的热阻(12 mil)
图6列出了连接到电路板每层的每个通孔的热阻。
连接电路板层的通孔段的热阻
 
图6:连接电路板层的通孔段的热阻,更小PCB板面积上实现更高的功率密度.
 
注意,更小PCB板面积上实现更高的功率密度这些值仅是通孔本身的热阻,并不认为电路板的每个部分水平连接到其周围的材料。如果大家分析图4中每个电路板的热阻值并将它们与通孔的热阻进行比较,似乎通孔的热阻远高于每层的热阻,但是请注意,一个通孔占1平方英寸电路板面积的1/5000。如果大家决定比较较小的电路板面积,例如0.25英寸x0.25英寸(这是前电路板面积的1/16),图4中的每个热电阻将增加到原来的16倍。例如,T4和33.4致密耳厚FR4层的热阻从5.21875°c / w增加到83.5°c / w。仅向0.25英寸x0.25英寸区域添加一个通孔可将通过33.4耳FR4层的热阻降低近一半(83.5°c / w和90.91°c / w)。 0.25英寸x0.25英寸块的面积约为通孔面积的400倍。那么如果你在该地区装修16个洞,会发生什么?与通孔相比,所有平行通孔的有效热阻将减少16倍。图7比较了每个0.25英寸x0.25英寸电路板层与16个通孔的热阻。 0.25英寸x0.25英寸电路板的33.4耳厚FR4层的热阻为83.5℃/ w。
 
16平行通孔的等效热阻为5.6821°c / w。
这16个通孔占0.25英寸x0.25英寸电路板面积的不到1/25,但可以显着降低从顶部到较低电平的热阻连接。
热阻值的比较
 
图7:热阻值的比较请注意,当热量向下流过孔并到达另一层,特别是另一层铜层时,它会水平扩散到材料层。添加越来越多的通孔最终会降低效果,因为从一个通孔水平扩散到附近材料的热量最终会从另一个方向(从另一个通孔)到达热量。 isl8240meval4z评估板的尺寸为3英寸x4英寸。电路板的顶部和底部地板有2盎司铜,两个内层各有2盎司铜。
 
更小PCB板面积上实现更高的功率密度为了使这些铜层工作,电路板有917个通孔,直径为12耳,所有通孔都有助于将热量从电源模块散布到铜层贝尔

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