热过孔 — CAE术语解说
热过孔
在电路板热设计评审中,我被指示"增加热过孔",但这与普通过孔有什么区别吗?
定义
热过孔是为了将热量从印刷电路板表面散发到背面(或内层)而设置的铜电镀通孔。与用于传输电信号的普通过孔相对,热过孔的主要目的是在发热元件下方密集排列,降低电路板厚度方向的热阻。
由于FR-4的导热系数较低,通过过孔创建铜的通道来补偿,对吧?
正确。FR-4的导热系数只有约0.3 W/(m·K),但铜约为400 W/(m·K)。通过排列热过孔,可以大幅提高厚度方向的等效导热系数。
热解析中的作用
在热分析中建模热过孔不会很复杂吗?毕竟有几十个孔…
在实际工程中,我们不是将每个过孔单独网格化,而是根据过孔的截面积比率计算等效导热系数,并将其建模为均质层。基本上我们求解基于傅里叶定律的导热方程。
$$ \rho c_p \frac{\partial T}{\partial t} = \nabla \cdot (k \nabla T) + Q $$
我明白了,使用等效的k可以减少网格数。过孔的数量和间距应该如何确定?
通常过孔直径为0.3mm,间距约1mm。在功率半导体的散热垫下方,有时会设置更密集的0.5mm间距。但是,如果过孔过多,会出现焊料被吸入的空隙问题,所以需要考虑制造工艺方面的平衡。
相关术语
请告诉我相关术语。
作为降低热阻的设计手段,需要优化过孔数量和布局。
正是这样。首先通过热分析确认元件的结温,然后调整过孔数量以达到目标温度。结合背面散热垫或散热板的添加也会很有效。
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