Calculadora de Array de Vías Térmicas
Calcula la resistencia térmica de un array de vías PCB para conducción de calor entre capas.
Fórmula
Cómo Funciona
La calculadora térmica mediante matriz calcula la resistencia térmica vertical de las PCB para la extracción de calor de los dispositivos de alimentación montados en superficie, algo esencial para el diseño de las almohadillas térmicas QFN, la gestión térmica de las PCB LED y la refrigeración de componentes SMD de alta potencia. Los diseñadores de placas de circuito impreso, los ingenieros térmicos y los diseñadores de electrónica de potencia utilizan matrices de circuitos para evitar la mala conductividad térmica del FR4 (0,3 W/m·K frente al cobre a 385 W/m·K). Según el IPC-2221B, una sola vía revestida de cobre de 0,3 mm de diámetro (pared de 25 μm) hasta un FR4 de 1,6 mm tiene una R_th ≈ 70 °C/W; las vías rellenas de cobre alcanzan una R_th ≈ 30 °C/W. Las vías paralelas reducen la resistencia total: las vías N dan R_total = R_single/N. Una matriz de vías rellenas de cobre de 5 × 5 logra una R_th ≈ 1,2 °C/W, acercándose al rendimiento del cobre sólido. La inclinación de la vía debe ser ≥0,8 mm (de centro a centro) para evitar problemas de fabricación de PCB.
Ejemplo Resuelto
Diseñe una matriz térmica para LED de 3 W en una PCB FR4 de 1,6 mm de grosor con una almohadilla térmica de 6 × 6 mm. Objetivo: θA < 10 °C/W para mantener la unión por debajo de 85 °C a Ta = 50 °C. Único mediante cálculo: diámetro = 0,3 mm, pared chapada = 25 μm, conductividad del cobre = 385 W/m·K. Área anular = π × ((0,15) ² - (0,125) ²) = 0,0216 mm². R_via = 1,6 mm/ (385 × 0,0216 mm²) = 192 °C/W por vía chapada. Para revestidas de cobre: área = π × (0,15) ² = 0,0707 mm². R_via = 1,6 mm/ (385 × 0,0707 mm²) = 59 °C/W. Número necesario: N = 59/10 = 6 vías rellenas de cobre como mínimo para la almohadilla. Colóquelo en una matriz de 3 × 3 (9 vías) con una inclinación de 2 mm dentro de un panel de 6 × 6 mm: R_total = 59/9 = 6,6 °C/W. Esto supera el objetivo y proporciona un margen del 34%. Con un disipador térmico en la parte inferior (θSA_Sink = 5 °C/W), un total de θSA = 6,6 + 5 = 11,6 °C/W. Tj = 50 + 3 × 11,6 = 84,8 °C, dentro del objetivo de 85 °C.
Consejos Prácticos
- ✓Las vías rellenas de cobre cuestan entre un 30 y un 50% más que las vías chapadas estándar, pero proporcionan un rendimiento térmico de 2 a 3 veces mejor, rentables para una potencia de más de 2 W por almohadilla
- ✓La tecnología Via-in-Pad con planarización permite colocar los componentes directamente sobre las vías, algo esencial para los diseños de almohadillas térmicas QFN y BGA según IPC-7095D
- ✓Conéctese mediante una matriz a planos terrestres o eléctricos internos: los aviones proporcionan una distribución lateral del calor, lo que reduce la θA efectiva entre un 20 y un 50% en comparación con los planos aislados mediante una matriz
Errores Comunes
- ✗Uso de vías solo chapadas en lugar de rellenas: las vías revestidas (pared de 25 μm) tienen una resistencia térmica de 2 a 3 veces mayor que las rellenas de cobre; especifique las vías rellenas para aplicaciones térmicas
- ✗Espaciar las vías demasiado cerca: el paso de paso inferior a 0,8 mm provoca el riesgo de delaminación del PCB durante el reflujo; según el IPC-2221B, se recomienda un paso de 1 mm para matrices de vía térmica
- ✗Ignorar la absorción de la soldadura: las vías sin relleno pueden absorber la soldadura de la almohadilla térmica durante el montaje y crear huecos; utilice una máscara de soldadura, una tienda de campaña o una almohadilla integrada con tapa
Preguntas Frecuentes
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