Skip to content
RFrftools.io
PCB

Via calculadora de resistência térmica

Calcule o PCB por meio de resistência térmica, resistência térmica de matriz, condutância térmica e capacidade de transporte de corrente térmica por meio de design

Loading calculator...

Fórmula

θvia=h/(kCu×ACu),θarray=θvia/Nθ_via = h / (k_Cu × A_Cu), θ_array = θ_via / N
θ_via— Via resistência térmica (°C/W)
h— Espessura da placa (m)
k_Cu— Condutividade térmica de cobre (385 W/mK) (W/mK)
A_Cu— Área da seção transversal de cobre (m²)
N— Número de vistos

Como Funciona

A Calculadora de Resistência Térmica Via calcula a capacidade de transferência de calor de vias revestidas de cobre — essencial para o gerenciamento térmico de componentes eletrônicos de potência, drivers de LED e ICs de alta potência. Os engenheiros térmicos usam isso para projetar por meio de matrizes que alcançam resistência térmica da junção à placa abaixo de 5 a 10 C/W, evitando o superaquecimento do dispositivo.

De acordo com o Apêndice B do IPC-2152, a resistência térmica única segue R_th = L/(k x A), onde L é via comprimento (espessura da placa), k é condutividade térmica de cobre (385 W/mK) e A é a área da seção transversal do anel de cobre. Uma via de 0,3 mm com revestimento de 25 um em uma placa de 1,6 mm tem R_th de aproximadamente 150 C/W — muito alto para dissipação de energia. É por isso que matrizes térmicas com 10-50 vias são uma prática padrão.

O preenchimento via melhora drasticamente o desempenho térmico: as vias não preenchidas conduzem o calor somente através da parede do barril de cobre de 25um; as vias preenchidas com cobre usam o diâmetro total de 0,3 mm, reduzindo a resistência térmica em 6-8x por IPC-4761 Tipo VII. As vias preenchidas com solda (Tipo V) alcançam 70% do desempenho de preenchimento de cobre a um custo menor.

Para pacotes QFN/DFN com almofadas térmicas expostas, o IPC-7093 recomenda um passo de 1,0-1,2 mm com diâmetro de broca de 0,3 mm para obter resistência térmica de 20-30 C/W da placa ao ambiente. Combinado com planos internos de cobre de 2 onças, isso pode reduzir a temperatura da junção em 20-40° C em comparação com projetos sem vias térmicas — geralmente a diferença entre operação confiável e desligamento térmico.

Exemplo Resolvido

Problema: Projete uma matriz térmica para LDO de 3 W no pacote QFN-16 (almofada térmica de 5x5 mm), placa FR4 de 1,6 mm de 4 camadas, alvo R_th < 15 C/W da almofada até o fundo, vazamento de cobre.

Solução de acordo com IPC-7093:

  1. Parâmetros de via única: broca de 0,3 mm, revestimento de 25 um, L = 1,6 mm
  2. Área do anel: A = pi x ((0,3/2) ^2 - (0,25/2) ^2) = pi x (0,0225 - 0,0156) = 0,0217 mm2
  3. Único via R_th: R = 1,6/(385 x 0,0217e-6) = 191 C/W
  4. Matriz de destino R_th: 15 C/W, então precisa N = 191/15 = 12,7 vias no mínimo
  5. Com margem de 20%: N = 16 vias em matriz 4x4 com passo de 1,0 mm (cabe na almofada de 5 mm)
  6. Verifique: 16 vias paralelas fornecem R_th = 191/16 = 11,9 C/W
  7. Aumento de temperatura a 3W: DeltaT = 3 x 11,9 = 35,8C
Resultado: a matriz 4x4 de vias de 0,3 mm atinge 12 C/W. Para um melhor desempenho, use vias preenchidas com cobre para obter 2 C/W com a mesma matriz.

Dicas Práticas

  • ✓Use broca de 0,3 mm com almofada de 0,6 mm para vias térmicas — brocas menores têm área de cobre insuficiente; brocas maiores reduzem a densidade. Essa geometria se ajusta ao passo de 1,0 mm de acordo com o IPC-7093.
  • ✓Especifique o preenchimento de cobre ou solda para vias sob almofadas térmicas — adiciona $0,10-0,30/placa, mas reduz o R_th em 6-8x em relação às vias ocas de acordo com IPC-4761.
  • ✓Conecte o sistema térmico via matriz ao plano interno de cobre de 2 onças — o cobre de 2 onças tem 2x a condutividade térmica de 1 onça, permitindo uma distribuição de calor 40% melhor de acordo com a modelagem térmica IPC-2152.

Erros Comuns

  • ✗Usando o via-in-pad sem a especificação de preenchimento adequada — vias não preenchidas sob BGA/QFN causam absorção de solda e vazios, degradando o desempenho térmico e elétrico de acordo com a IPC-7095.
  • ✗Calcular a resistência térmica sem levar em conta a resistência de espalhamento — o calor deve se espalhar da matriz de vias para os planos de cobre; a espessura insuficiente do plano adiciona 5-20 C/W por IPC-2152.
  • ✗Ignorar a resistência térmica do PCB ao ambiente — por meio de matrizes só ajuda no caminho da placa até a junção; o R_th total inclui a placa para o ambiente (normalmente 20-40 C/W), que geralmente domina.

Perguntas Frequentes

Vias maiores têm mais seção transversal de cobre e menor resistência térmica. De acordo com IPC-7093: a via de 0,2 mm tem R_th de aproximadamente 300 C/W; a via de 0,3 mm tem aproximadamente 150 C/W; a via de 0,4 mm tem aproximadamente 80 C/W (todas com revestimento de 25 um, placa de 1,6 mm). No entanto, vias maiores consomem mais área da almofada — equilibre o diâmetro versus a quantidade.
Sim — três métodos de acordo com IPC-4761: (1) Aumentar via contagem — N vias paralelas têm R_th/n; (2) Use preenchimento de cobre (Tipo VII) — reduz R_th de via única em 6-8x; (3) Reduza a espessura da placa — a placa de 0,8 mm tem metade do R_th de 1,6 mm. Abordagem econômica: maximize primeiro por meio da contagem e, em seguida, adicione preenchimento, se necessário.
O cobre é ideal com k = 385 W/mK. Vias preenchidas com cobre (IPC-4761 Tipo VII) oferecem melhor desempenho. O preenchimento com solda (Tipo V, aproximadamente 50 W/mK) atinge 70% do desempenho de preenchimento de cobre. O preenchimento condutivo de epóxi (k aproximadamente 3-10 W/mK) fornece uma melhoria mínima em relação às vias ocas — evite aplicações térmicas.
Regra prática: 1 via por dissipação de 0,3 W para vias ocas, 1 via por 2 W para preenchidas com cobre. Para um cálculo preciso: N = (single_via_R_TH)/(target_R_TH). Exemplo: 150 C/W via única, meta de 10 C/W = mínimo de 15 vias. Adicione 25% de margem para variação de fabricação e resistência da interface.
Sim — um passo muito apertado (<0,8 mm) causa sombreamento térmico onde o calor das vias adjacentes se sobrepõe, reduzindo a condutividade efetiva em 15 a 30%. O IPC-7093 recomenda um passo de 1,0-1,2 mm para uma distribuição térmica ideal. A inclinação muito larga (>1,5 mm) é reduzida por meio da contagem em áreas restritas do bloco.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

PCB Manufacturing (JLCPCB)

Affordable PCB fabrication with controlled impedance options

JLCPCB →

FR4 Copper Clad Laminate

FR4 laminate sheets for custom PCB prototyping

Amazon →

Thermal Paste

Thermal interface material for component heat management

Amazon →

Calculadoras relacionadas

Thermal

Rede de resistência térmica

Calcule as temperaturas da junção, da caixa e do dissipador de calor por meio de uma rede de resistência térmica em série (θJC + θCS + θSA) para gerenciamento térmico de componentes

PCB

Via calculadora

Calcule o PCB por meio de impedância, capacitância, indutância, capacidade de corrente, proporção e avisos de DFM. Cobre orifícios passantes e vias cegas/enterradas.

Thermal

Temperatura do traço

Calcule o aumento da temperatura do traço de cobre do PCB sob a corrente de carga usando IPC-2152

PCB

Largura do traço

Calcule a largura mínima do traço de PCB para um determinado aumento de corrente, peso de cobre e temperatura de acordo com os padrões IPC-2221 e IPC-2152. Inclui resistência e queda de tensão.