छिद्रों के माध्यम से पीसीबी की ओवरकरंट क्षमता

मुद्रित सर्किट बोर्ड विअस सर्किट की विभिन्न परतों को जोड़ने के लिए महत्वपूर्ण प्रवाहकीय चैनल के रूप में काम करते हैं, और उनकी ओवरकरंट क्षमता सीधे पूरे सर्किट सिस्टम के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को प्रभावित करती है। विशेष रूप से उच्च वर्तमान अनुप्रयोग परिदृश्यों में, जैसे कि पावर सर्किट, पावर एम्पलीफायर सर्किट, आदि, यदि थ्रू की ओवरकरंट क्षमता को ठीक से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तो यह स्थानीय ओवरहीटिंग, सोल्डर संयुक्त टुकड़ी का कारण बन सकता है, और यहां तक ​​कि मुद्रित सर्किट बोर्ड को भी जला सकता है, जिससे उपकरण विफलता हो सकती है।

1, छिद्र प्रवाह क्षमता को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक

छेद के माध्यम से व्यास और मात्रा

छेद का व्यास इसकी प्रवाह क्षमता में निर्णायक भूमिका निभाता है। धारा घनत्व के सिद्धांत के अनुसार, समान वर्तमान परिस्थितियों में, छेद का व्यास जितना बड़ा होगा, धारा प्रवाहित होने वाला क्रॉस अनुभागीय क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा और धारा घनत्व उतना ही कम होगा। उदाहरण के लिए, एक उच्च वर्तमान पावर मॉड्यूल में, 0.3 मिमी व्यास थ्रू और 0.5 मिमी व्यास थ्रू का उपयोग करते हुए, 10 ए करंट पास करते समय, 0.3 मिमी थ्रू उच्च वर्तमान घनत्व के कारण तेजी से 140 डिग्री तक बढ़ जाता है, जो कि एफआर 4 सामग्री की सहनशीलता सीमा से कहीं अधिक है (आमतौर पर एफआर 4 सामग्री का काम करने का तापमान 125 डिग्री से नीचे तक सीमित है), जिससे थर्मल विफलता का गंभीर खतरा पैदा होता है; 0.5 मिमी से - छेद का तापमान 85 डिग्री पर स्थिर रहता है, फिर भी सुरक्षित सीमा के भीतर। इसके अलावा, समानांतर में कई vias का उपयोग करने से करंट को प्रभावी ढंग से वितरित किया जा सकता है। 15ए की कुल धारा के मामले में, एक 0.5 मिमी का तापमान 130 डिग्री तक पहुंच सकता है, जो खतरे की सीमा के करीब है। हालाँकि, तीन 0.5 मिमी विअस को समानांतर में जोड़ने के बाद, तापमान 75 डिग्री तक गिर जाता है। जब 0.5 मिमी विअस की संख्या समानांतर में पांच तक बढ़ जाती है, तो तापमान 60 डिग्री तक गिर जाता है, और सिस्टम स्थिरता में काफी सुधार होता है।

तांबा चढ़ाना मोटाई

वाया की भीतरी दीवार पर तांबे की परत की मोटाई इसकी चालकता निर्धारित करती है। सामान्य तांबा चढ़ाना मोटाई में 18 μm, 25 μm और उच्च विनिर्देश शामिल हैं। एक उदाहरण के रूप में उसी व्यास 0.5 मिमी को लेते हुए, 10A करंट प्रवाहित करते समय, 18 μm तांबे के माध्यम से चढ़ाया हुआ तापमान 92 डिग्री तक पहुंच जाता है, 25 μm तांबे के साथ चढ़ाया जाने पर तापमान 78 डिग्री तक गिर जाता है, और 50 μm तांबे के माध्यम से चढ़ाया हुआ तापमान केवल 65 डिग्री होता है। यह इंगित करता है कि जैसे-जैसे कॉपर प्लेटिंग की मोटाई बढ़ती है, थ्रू का प्रतिरोध कम हो जाता है, करंट गुजरने पर उत्पन्न होने वाली गर्मी कम हो जाती है, और गर्मी अपव्यय प्रभाव में काफी सुधार होता है, जिससे थ्रू की ओवरकरंट क्षमता में काफी वृद्धि होती है।

मुद्रित सर्किट बोर्ड परत संख्या और तांबा कनेक्शन विधि

मुद्रित सर्किट बोर्ड परतों की संख्या और वाया और आंतरिक तांबे की परत के बीच कनेक्शन विधि वाया के थर्मल चालन पथ को प्रभावित करेगी। बहुपरत मुद्रित सर्किट बोर्डों में, यदि वाया कई आंतरिक तांबे की परतों के साथ प्रभावी ढंग से जुड़ सकता है, तो इसका मतलब है कि गर्मी को अधिक रास्तों से नष्ट किया जा सकता है, जो वाया वर्तमान क्षमता में सुधार के लिए फायदेमंद है।

ताप अपव्यय के उपाय

गर्मी अपव्यय उपायों की पूर्णता भी थ्रू{0}होल ओवरकरंट क्षमता को बहुत प्रभावित करती है। वाया के पास गर्मी अपव्यय तांबे की पन्नी स्थापित करने से वाया द्वारा उत्पन्न गर्मी को जल्दी से नष्ट किया जा सकता है और वाया तापमान को कम किया जा सकता है। गर्म विअस का उपयोग भी उतना ही महत्वपूर्ण है क्योंकि वे मुद्रित सर्किट बोर्ड के अन्य ताप अपव्यय क्षेत्रों में गर्मी को निर्देशित कर सकते हैं। इसके अलावा, गर्मी अपव्यय सामग्री जैसे थर्मल प्रवाहकीय चिपकने वाले को वाया के चारों ओर भरने से गर्मी अपव्यय प्रभाव को प्रभावी ढंग से बढ़ाया जा सकता है।

पर्यावरणीय स्थितियाँ

कार्य वातावरण में तापमान और वायु प्रवाह का थ्रू{0}होल प्रवाह क्षमता पर निर्विवाद प्रभाव पड़ता है। उच्च तापमान वाले वातावरण में, थ्रू की गर्मी अपव्यय कठिनाई बढ़ जाती है, और इसकी ओवरकरंट क्षमता तदनुसार कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, 50 डिग्री के परिवेशी तापमान पर, वाया के माध्यम से अनुमत धारा 25 डिग्री के कमरे के तापमान की तुलना में कम है। अच्छा वायु प्रवाह, जैसे मजबूर वायु शीतलन या प्राकृतिक संवहन स्थितियां, वाया के माध्यम से सतह की गर्मी के अपव्यय को तेज कर सकती हैं और वाया प्रवाह क्षमता में सुधार करने में मदद कर सकती हैं। कुछ बाहरी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, बड़े तापमान परिवर्तन और सीमित वेंटिलेशन स्थितियों के कारण, ओवरकरंट क्षमता पर कठोर वातावरण की चुनौतियों के अनुकूल होने के लिए विया को अधिक सावधानी से डिजाइन करना आवश्यक है।

2, छिद्रित प्रवाह क्षमता के लिए मूल्यांकन विधि

मानक संदर्भ डेटा के अनुसार

वर्तमान में, हालांकि vias की ओवरकरंट क्षमता के लिए विशेष रूप से कोई एकीकृत मानक नहीं है, IPC-2152 मानक में मुद्रित सर्किट बोर्ड तांबे के तारों की वर्तमान वहन क्षमता पर डेटा को vias की ओवरकरंट क्षमता के प्रारंभिक अनुमान के लिए संदर्भित किया जा सकता है। यह मानक विशिष्ट तापमान वृद्धि स्थितियों के तहत विभिन्न लाइन चौड़ाई और तांबे की मोटाई की वर्तमान वहन क्षमता के लिए संदर्भ मान प्रदान करता है। हालाँकि, संरचनाओं और साधारण तांबे के तारों के बीच अंतर के कारण, इन डेटा का उपयोग केवल मोटे संदर्भ के रूप में किया जा सकता है, और व्यावहारिक अनुप्रयोगों में विशिष्ट स्थितियों के अनुसार समायोजित करने की आवश्यकता होती है।

प्रायोगिक परीक्षण

प्रायोगिक परीक्षण छिद्रित ओवरकरंट क्षमता के मूल्यांकन के लिए एक प्रत्यक्ष और विश्वसनीय तरीका है। एक वास्तविक परीक्षण सर्किट का निर्माण करके, छेद के माध्यम से विभिन्न आकार के करंट को लागू किया जाता है, और वास्तविक समय में छेद के तापमान परिवर्तन की निगरानी के लिए तापमान सेंसर का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, प्रयोग में, समान विशिष्टताओं के कई वाया का चयन किया जाता है और क्रमशः 1 ए, 3 ए, 5 ए जैसी विभिन्न धाराओं को पारित किया जाता है, और संबंधित तापमान दर्ज किया जाता है। वर्तमान मान जिस पर तापमान FR4 सामग्री की सहनशीलता सीमा तक पहुंचता है, इस स्थिति के तहत थ्रू की अधिकतम ओवरकरंट क्षमता है। यह विधि व्यावहारिक कार्य में विअस के प्रदर्शन को सहजता से प्रतिबिंबित कर सकती है, लेकिन प्रायोगिक प्रक्रिया समय लेने वाली और श्रमसाध्य है, और परीक्षण वातावरण और उपकरण सटीकता जैसे कारकों से प्रभावित होती है।

थर्मल सिमुलेशन विश्लेषण

पेशेवर थर्मल सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके, विभिन्न वर्तमान भारों के तहत वियास के तापमान वितरण को अनुकरण करने के लिए मुद्रित सर्किट बोर्ड वियास का एक त्रि-आयामी थर्मल मॉडल बनाएं। सिमुलेशन मॉडल में, व्यास, तांबा चढ़ाना मोटाई, मुद्रित सर्किट बोर्ड परत संख्या और गर्मी लंपटता की स्थिति जैसे मापदंडों को सटीक रूप से सेट किया जा सकता है। इन मापदंडों को बदलकर, थ्रू ओवरकरंट क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए थ्रू तापमान परिवर्तन देखा जा सकता है। सिमुलेशन के माध्यम से 10A करंट के तहत 0.3 मिमी, 0.5 मिमी और 0.8 मिमी व्यास वाले वाया के तापमान की तुलना करने से, यह स्पष्ट है कि विभिन्न व्यास वाले वाया की ओवरकरंट क्षमता में अंतर हैं। थर्मल सिमुलेशन विश्लेषण कुशल है और कई कारकों पर व्यापक रूप से विचार कर सकता है, जो डिजाइन के माध्यम से अनुकूलन के लिए मजबूत आधार प्रदान करता है। हालाँकि, सिमुलेशन परिणामों की सटीकता मॉडल पैरामीटर सेटिंग्स की तर्कसंगतता पर निर्भर करती है।

3, छेद के माध्यम से प्रवाह क्षमता को बढ़ाने के लिए डिजाइन अनुकूलन रणनीति

आकार और लेआउट के माध्यम से अनुकूलन करें

डिज़ाइन चरण में, वर्तमान घनत्व को कम करने और गर्मी उत्पादन को कम करने के लिए, जितना संभव हो सके बड़े व्यास वाले व्यास का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है, अधिमानतः 0.5 मिमी से अधिक या उसके बराबर। उच्च वर्तमान अनुप्रयोगों के लिए, एकाधिक vias को समानांतर में जोड़ा जाना चाहिए। 5ए से अधिक की धाराओं के लिए, ग्रेटर दैन या उसके बराबर 3 0.5मिमी विया का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है। साथ ही, वियास की अत्यधिक सांद्रता से बचने और स्थानीय क्षेत्रों में अत्यधिक गर्मी संचय को रोकने के लिए वियास के लेआउट की उचित रूप से योजना बनाएं। उदाहरण के लिए, पावर प्लेन और ग्राउंड प्लेन के बीच वाया कनेक्शन, समान रूप से वितरित वाया के साथ, प्रभावी ढंग से वर्तमान को संतुलित कर सकता है और समग्र ओवरकरंट क्षमता में सुधार कर सकता है।

कॉपर प्लेटिंग की मोटाई बढ़ाएँ

यदि मुद्रित सर्किट बोर्ड निर्माण प्रक्रिया अनुमति देती है, तो थ्रू की आंतरिक दीवार पर तांबे की परत की मोटाई को 25 μ मीटर या उससे अधिक तक बढ़ाने से थ्रू थर्मल प्रतिरोध को काफी कम किया जा सकता है और इसकी ओवरकरंट क्षमता में वृद्धि हो सकती है। उदाहरण के लिए, एक सर्वर मदरबोर्ड में जिसे अत्यधिक उच्च शक्ति स्थिरता की आवश्यकता होती है, छेद के माध्यम से तांबे की परत की मोटाई 18 μ मीटर से बढ़ाकर 35 μ मीटर कर दी गई थी। परीक्षण के बाद, उच्च वर्तमान भार के तहत छेद के माध्यम से तापमान काफी कम हो गया था, और सिस्टम स्थिरता में काफी सुधार हुआ था।

उन्नत ताप अपव्यय डिज़ाइन

वाया के चारों ओर गर्मी अपव्यय तांबे की पन्नी का एक बड़ा क्षेत्र बिछाएं और गर्मी के लिए एक कुशल संचालन पथ प्रदान करते हुए, वाया और गर्मी अपव्यय तांबे की पन्नी के बीच एक अच्छा संबंध सुनिश्चित करें। मुद्रित सर्किट बोर्ड के अन्य गर्मी अपव्यय क्षेत्रों में गर्मी फैलाने के लिए उचित रूप से थर्मल विअस की व्यवस्था करें। इसके अलावा, थ्रू की सतह पर थर्मल कंडक्टिव पेंट जैसी गर्मी अपव्यय सामग्री को कोटिंग करने से गर्मी अपव्यय प्रभाव और बढ़ जाता है। उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, जैसे कि औद्योगिक आवृत्ति कनवर्टर्स के मुद्रित सर्किट बोर्ड डिजाइन, ये गर्मी अपव्यय उपाय उच्च वर्तमान वातावरण में संचालन के माध्यम से विश्वसनीयता में प्रभावी ढंग से सुधार कर सकते हैं।

वास्तविक अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुसार समायोजित करें

मुद्रित सर्किट बोर्ड के वास्तविक उपयोग के माहौल, जैसे कि काम करने का तापमान, आर्द्रता, वेंटिलेशन की स्थिति आदि पर पूरी तरह से विचार करें और तदनुसार थ्रू-होल डिज़ाइन को अनुकूलित करें। उच्च तापमान वाले वातावरण में, छिद्रों के आकार या संख्या में उचित वृद्धि करें; आर्द्र वातावरण में, संक्षारण के कारण ओवरकरंट क्षमता में कमी को रोकने के लिए छिद्रों के लिए सुरक्षात्मक उपायों को मजबूत करें।