功率芯片焊盤上放多少個(gè)散熱過孔才算是最優(yōu)？計(jì)算告訴你答案-電路設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)

Part 01

前言

PCB常規(guī)的FR4材料的熱導(dǎo)率較低（通常約為 0.3~0.4 W/m·K），這使得它在大功率電路應(yīng)用中不利于功率芯片熱量的快速散發(fā)。改善FR4 PCB熱傳導(dǎo)的一種性價(jià)比比較高的方法是在芯片熱焊盤上添加熱過孔。通過在PCB焊盤上添加熱過孔，可以顯著增強(qiáng)熱傳導(dǎo)路徑，使熱量更容易從功率芯片傳遞到空氣中或散熱器上。 那么一個(gè)焊盤放多少個(gè)過孔散熱最合適呢？

Part 02

過孔熱阻計(jì)算

單個(gè)熱過孔的熱阻計(jì)算可以用以下公式近似得到： 其中：

Rth是熱阻（單位：K/W）

L是過孔的長度（也就是PCB的厚度，一般是1.6mm）

k是過孔內(nèi)材料的熱導(dǎo)率（銅的熱導(dǎo)率k=400W/m/k）

A是過孔的橫截面積

如果我們放置的熱過孔直徑d=0.3mm，那么過孔熱阻Rth：

Rth=L/(k*A)=57℃/W

但是實(shí)際上上面的計(jì)算是有問題的，原因是我們按銅的熱導(dǎo)率為400W/m/k，實(shí)際上焊盤為了可焊性考慮，一定不是純銅，一般是鍍錫，也就是SnAgCu焊層，其熱阻典型值是58W/m/k，這樣重新計(jì)算出過孔的熱阻

Rth=L/(k*A)=391℃/W 如果我們?cè)谝粋€(gè)焊盤上放置M個(gè)過孔，那么熱阻就會(huì)變成 Rth_1=Rth/M，比如我放置20個(gè)過孔，那么焊盤的熱阻就變成了 Rth_1=391/20=19.55℃/W 放置50個(gè)過孔： Rth_1=391/50=7.82℃/W 放置100個(gè)過孔： Rth_1=391/100=3.91℃/W 可以發(fā)現(xiàn)，過孔越多，焊盤熱阻的散熱效果改善的已經(jīng)越來越不明顯了。

Part 03

總結(jié)

通過上面的計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，提高過孔散熱能力有以下因素： 1.提高過孔孔徑，比如0.3mm改為0.6mm， 2.增加過孔數(shù)量 需要注意的是，雖然過孔越多，散熱越好，但是過孔數(shù)量越多，當(dāng)過孔數(shù)量增加到一定程度，過孔數(shù)量增加對(duì)散熱的改善已不再明顯，此時(shí)我們就沒必要增加繼續(xù)增加過孔數(shù)量了。并且過孔數(shù)量增加會(huì)導(dǎo)致PCB成本增加，大量密集的通孔對(duì)PCB的機(jī)械強(qiáng)度也有影響，所以過孔還不能太過于密集，要保持合理間距（一般是1mm），所以我們需要合理放置過孔。

審核編輯 黃宇