PCB过孔的孔径大小对通流的影响

来源:一博自媒体 时间:2016-12-26 类别:微信自媒体

文 | 吴均   一博科技高速先生团队队长   电源/PI序列文章


(原文下载,大小1.08M)

再把大家回答上期问题的汇总表发一下,因为从阅读量上来看,答题文章的关注度总是差一点,也是为了让大家看到行业对这个问题的一些观点:


我们先用Saturn的工具来算一下过孔的载流,还是采用IPC2152修正后的规范。
http://www.edadoc.com/cn/TechnicalArticle/Show.aspx?id=1039

镀铜厚度IPC2级或者IPC3级标准一般为0.8mil到1mil,我本来的计划是使用较小的0.8mil。上周五周六的高速先生培训,有朋友提出极限情况下,过孔孔壁的镀铜厚度可能上下宽,中间窄,所以最窄的地方极限可能是0.7mil。
  
虽然我觉得一个好的板厂,还是能满足至少0.8mil的孔壁镀铜厚度。不过在这篇文章,我还是决定采纳那位朋友的意见,按照WorstCase为0.7mil的孔壁镀铜厚度来进行评估。我们的工艺先生东哥已经摩拳擦掌了,下期就是他的关于电镀厚度的文章,会讨论表层铜箔电镀厚度及孔壁镀铜厚度,敬请期待。
 
设置如上图的参数之后,我们分别对过孔载流做了计算,总结如下表:
对上面表格,我的一些分析:

1、12mil的孔径可以安全承载1.2A左右电流,比行业里普遍认可的0.5A要宽松;
2、更大的16mil、20mil甚至24mil的孔径,在载流上优势并不明显,也就是很多人回答说并不是线性增加。

所以我个人会比较推荐使用10~12mil的孔径来承载电流,效率更高,也更方便设计。那么,是不是知道这个过孔载流数据,然后就可以安全的进行设计了呢?我们来看看一些仿真的案例:

20A电流,打了20个12mil过孔,按照每个孔承载1.2A来计算,感觉非常安全。但是实际上电流并没有你想象的听话,并不是在20个过孔里面平均分配的。简单的DC仿真,就可以看到过孔电流的情况。有些过孔走了2.4A的电流,有些才200mA。当然,这个设计可能最终并不会有太大风险。因为12mil的过孔在温升30度的时候是可以承载2A以上电流的。但是,如果不均匀性进一步放大呢?这个是和你电流的通道,过孔的分布、数量都有关系的,万一某个过孔走了3A甚至4A的电流呢?并且这时候你打25个或者30个过孔,只要没有在电流的关键位置,提供的帮助并不会很大。原因就还是那句话:电流没有你想象的听话。

这个结论在确定铜皮宽度时也是成立的。我们从很多的仿真结果都能发现,当大电流设计在一层铜皮不够用的情况下,多增加一层来走电流,电流也并不会平均分配。由于文章篇幅的关系,没法放太多的案例,如果大家感兴趣,可以在微信后台联系高速先生小编。只要回复的人比较多,我们可以加一篇文章讨论这个问题。

所以上期的问题答复,我给大家都扣了1分,原因就是:在电流达到20A这个量级或者更大时,常规的通过经验或者公式计算的铜皮载流和过孔载流,都存在风险。最有效的方式就是通过DC仿真软件来进行评估。

帮Sigrity的POWERDC或者类似的软件打个广告哈(不知道可不可以要求广告费呢^-^)。直流压降类的仿真,算法不复杂,设置也简单,仿真结果比较准确,对大电流的设计帮助非常大。PCB设计工程师或者硬件工程师开始接触仿真的入门必备工具哈。


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