คำนวณพิกัดกระแส Via

พิกัดกระแส via ของ PCB กำหนดอย่างไร?

Via ของ PCB คือรูเจาะชุบที่เชื่อมลายวงจรระหว่างชั้น พิกัดกระแสขึ้นกับพื้นที่หน้าตัดของชั้นชุบทองแดงที่สร้างเป็นทรงกระบอกกลวง เครื่องมือนี้ใช้สูตรตัวนำ IPC-2221 ด้วยค่าคงที่ชั้นนอกกับวงแหวนทองแดงนั้น ซึ่งเป็นแนวปฏิบัติทั่วไปสำหรับ via ส่วน IPC-2152 ให้แนวทางด้านความร้อนที่ละเอียดกว่า

พื้นที่นำไฟฟ้าของ via คือวงแหวนชุบ: A = π × t_plating × (D_hole + t_plating) โดย D_hole คือเส้นผ่านศูนย์กลางรูสำเร็จ t_plating คือความหนาชุบทองแดง (ปกติ 18-25 μm) พื้นที่นี้น้อยกว่าลายวงจรผิวที่มีความกว้างเท่ากันมาก

ความต้านทาน via คำนวณจากหน้าตัดชุบและความยาว via (ความหนาบอร์ด) สำหรับเส้นทางกระแสสูง ใช้หลาย via ขนาน Via ความร้อนยังทำหน้าที่เป็นตัวนำความร้อนสำหรับชิ้นส่วนกำลัง

Formula: A = π × t_plating × (D_hole + t_plating) R_via = ρ_Cu × L / A I_max ≈ k × ΔT^0.44 × A^0.725 P_dissipated = I² × R_via

ตัวอย่างการคำนวณ

Via รูเจาะ 0.3 mm ชุบ 25 μm บอร์ดหนา 1.6 mm: A = π × 0.025 × (0.3 + 0.025) = 0.0255 mm² R = 1.724×10⁻⁵ × 1.6 / 0.0255 = 1.08 mΩ ที่ 1A กำลังสูญเสีย = 1² × 0.00108 = 1.08 mW

เมื่อใดควรใช้เครื่องคำนวณนี้

• กำหนดจำนวน via ขนานที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อกระแสสูงระหว่างชั้น PCB
• ประเมินว่า via เดียวเพียงพอหรือไม่
• ออกแบบอาร์เรย์ thermal via ใต้ชิ้นส่วนกำลัง
• คำนวณความต้านทาน via ใน PDN

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

• สมมติว่ารู via เต็มไปด้วยทองแดง — via มาตรฐานเป็นทรงกระบอกทองแดงกลวง
• ใช้ความหนาชุบระบุโดยไม่ตรวจสอบความสามารถในการผลิตจริง
• via น้อยเกินไปสำหรับเส้นทางกระแสสูงสร้างจุดร้อน
• ไม่สนใจข้อจำกัดอัตราส่วนด้าน via

วิธีตีความผลลัพธ์

• ความสามารถในการรับกระแสของเวียแปรผันตามพื้นที่หน้าตัดของวงแหวนทองแดง (ความหนาการชุบรอบกระบอก) ไม่ใช่ตามเส้นผ่านศูนย์กลางรูเพียงอย่างเดียว — การชุบที่หนากว่ารับกระแสได้มากกว่า
• ผลลัพธ์เป็นค่าสำหรับเวียตัวเดียว สำหรับเน็ตกระแสสูงให้ใช้เวียหลายตัวขนานกันเพื่อแบ่งทั้งกระแสและภาระความร้อน
• ความต้านทานความร้อนบ่งบอกว่าเวียนำความร้อนระหว่างชั้นได้ดีเพียงใด — อาร์เรย์เวียระบายความร้อนใต้ชิ้นส่วนกำลังอาศัยความต้านทานความร้อนต่อเวียที่ต่ำ
• กระบอกชุบโดยทั่วไปหนาประมาณ ~20–30 µm หากผู้ผลิตของคุณชุบบางกว่านี้ ความสามารถจริงจะต่ำกว่าค่าที่คำนวณได้

มาตรฐานและเอกสารอ้างอิงที่เกี่ยวข้อง

• IPC-2152 — มาตรฐานกำหนดความสามารถรับกระแสใน PCB
• IPC-6012 — ข้อกำหนดประสิทธิภาพ PCB แข็ง
• IPC-2221 — มาตรฐานทั่วไปการออกแบบ PCB

คำถามที่พบบ่อย

ต้องใช้กี่ via สำหรับการเชื่อมต่อกระแสสูง?

Via มาตรฐานเดียว (เจาะ 0.3 mm ชุบ 25 μm) ปกติรับได้ 0.5-1.5A สำหรับกระแสสูงกว่า ใช้หลาย via ขนาน เช่น การเชื่อมต่อ 5A อาจต้องการ 4-6 via มาตรฐาน

พิกัดกระแส via ตาม IPC-2221 และ IPC-2152 ต่างกันอย่างไร?

IPC-2221 ไม่มีแผนภูมิเฉพาะสำหรับ via แนวปฏิบัติทั่วไป (รวมถึงเครื่องมือนี้) ใช้สูตรเชิงประสบการณ์กับพื้นที่หน้าตัดผนังรูด้วยค่าคงที่ชั้นนอก IPC-2152 ให้การวิเคราะห์ความร้อนละเอียดกว่า พิจารณาโครงสร้างชั้นบอร์ด ระยะห่างระนาบทองแดง และอัตราส่วนภาพ via IPC-2152 ให้ผลลัพธ์จริงกว่าสำหรับ PCB หลายชั้นสมัยใหม่

thermal via ใช้ได้ทั้งระบายความร้อนและนำกระแสไฟฟ้าไหม?

ได้ เมื่อวางใต้ thermal pad จะนำทั้งความร้อนและกระแสไฟฟ้าไปยังชั้นทองแดงภายใน ใช้ขนาดเจาะใหญ่ (0.3-0.5 mm) และจัดเรียงแน่น