비아 저항이 0이 아닙니다: 파워 레일용 비아 사이징

횡단면은 고리

0.3mm 구멍을 뚫고 그 벽에 25µm의 구리를 도금합니다.구리는 구멍을 채우는 것이 아니라 선을 긋는 역할을 합니다.전도성 단면은 벽이 얇은 고리 모양입니다.

이를 위해: 0.0216 mm². 견고한 0.3mm 구리 플러그를 사용한다고 가정했다면 0.0707 mm² —을 3배 이상 계산했을 것이고, 현재 용량 추정치는 위험한 방향으로 틀렸을 것입니다.

25°C에서 1.6mm 보드를 통과하는 이 고리는 1.30 mΩ을 제공합니다.

중요한 부분

1A에서 1.30 mΩ 은 1.30mV의 낙하와 1.30mW의 소산을 생성합니다.아무도 신경 쓰지 않아요.

단일 채널을 통해 20A의 속도를 낼 수 있습니다. 26mV 및 521mW입니다.이제 두 가지 모두에 관심이 있으실 겁니다.지름이 1/3mm인 구조물에 0.5와트 (와트) 에 열을 전달하는 라미네이트와 연결 구리만 있으면 열상 카메라를 사용할 때 흔히 볼 수 있는 핫스팟이 있습니다.

1A 케이스에서 모델링된 온도 상승은 약 192°C/W의 비아 열 저항에 비해 1/4도입니다. 이 열 저항은 크기가 크게 조정되는 수치입니다. 기하학에 의해 고정되므로 $I^2$ 이 상승을 빠르게 올리면 소산이 증가합니다.

병렬 비아 디바이드, 이것이 전체 기법입니다.

저항을 $N$ 으로 나눕니다.0.3mm 비아 8개를 1.6mm 보드에 병렬로 연결하면 0.163 mΩ 이 나오는데, 이는 몇 밀리미터의 폭 트레이스와 비슷하며 거의 모든 철도 예산 대비 무시할 수 있는 수준입니다.

대부분의 전력 설계자가 사용하는 실용적인 규칙은 연속 전류 1암페당 표준 비아 1개뿐입니다. 이 경우 온도 상승이 몇 도 미만으로 유지되고 전류가 균등하게 분배되지 않는다는 사실에 대한 여유가 남습니다.그렇지 않습니다. 들어오는 전류에 가장 가까운 비아가 전류의 점유율보다 더 많이 보이기 때문에 8개의 클러스터가 병렬로 연결된 8개의 동일한 저항처럼 동작하지 않습니다.산술 요구 사항보다 20~ 30% 더 많은 비아를 추가하면 저렴한 보험입니다.

온도는 상황을 악화시키고 복잡하게 만듭니다.

구리 저항은 °C당 0.393% 증가합니다. 85°C에서 비아의 저항은 20°C보다 26% 더 높습니다.

이는 포지티브 피드백 경로입니다. 즉, 전류가 비아를 가열하고, 비아가 뜨거울수록 저항이 커지며, 저항이 클수록 더 많은 전력이 소모됩니다.주변 구리로의 전도 때문에 한계가 있지만, 최악의 경우 계산은 25°C가 아니라 최악의 경우 주변 환경과 자체 발열 상태에서 실행해야 한다는 뜻입니다.

내부 온도가 70°C인 인클로저의 전원 경로의 경우, 실온에서 저항을 통해 계산하면 약 20% 정도 과소 평가됩니다.

실제로 도움이 되는 것은

비아가 많으면 더 큰 비아보다 크지만, 더 큰 비아는 두꺼운 도금보다 낫습니다. 면적 스케일이 $t(D - t)$ 이므로 25 µm 도금에서는 직경 기간이 우세합니다. 0.3mm에서 0.4mm로 도금하면 구리가 36% 증가하고 25µm에서 35µm로 도금은 35% 증가합니다. 하지만 도금 두께는 네트당 제어할 수 없는 팹 전체 공정 매개변수이지만 드릴 크기는 사용자의 몫입니다. 공칭 도금이 아닌 최소 도금으로 설계되었습니다. IPC-6012 클래스 2는 평균 20µm, 최소 18µm를 지정합니다.최악의 경우 저항은 최소값을 사용합니다. 비아를 패드 내부 또는 바로 옆에 배치하십시오. 패드와 멀리 떨어진 비아 스티치 사이의 트레이스는 일반적으로 비아 자체보다 저항력이 높습니다. 1온스 구리에 0.25mm 트레이스를 10mm 길이로 배치하면 비아의 약 20 mΩ, 15배입니다. 극한의 경우에 사용할 수 있는 구리로 채워진 비아입니다. 충진은 고리를 단단한 단면으로 변환하므로 큰 이점이지만 비용이 크게 추가됩니다.비아당 약 10A 이상에서 그 자리를 차지하며, 그 이하에서는 거의 발생하지 않습니다.

주파수 주의 사항

위의 모든 것은 DC입니다.MHz에서의 전력 무결성의 경우 저항보다 인덕턴스를 통한 전력 무결성이 더 중요합니다.비아는 약 0.5~1nH이며, 100MHz에서 1nH는 DC 저항 1.3 mΩ 에 대한 리액턴스가 628 mΩ 입니다.

병렬 비아는 두 가지 모두에 도움이 되므로 편리합니다.하지만 DC 강하가 아니라 광대역 전반의 PDN 임피던스 타겟이 문제인 경우, 비아 카운트를 인덕턴스와 비교하면 DC 저항이 저절로 해결됩니다.

비아 전압 강하 계산기함수는 단일 비아 및 병렬 어레이의 환형 단면적, 온도 보상 저항, 강하, 손실 및 예상 상승을 계산합니다.