PCB

Via calculadora de resistência térmica

Calcule a temperatura por meio de resistência, condutância da matriz e capacidade de corrente para gerenciamento térmico de PCB. Design preenchido e revestido por meio de matrizes. Resultados gratuitos e instantâneos.

Loading calculator...

Fórmula

\theta_{via} = \frac{h}{k_{Cu} A_{Cu}},\quad \theta_{array} = \frac{\theta_{via}}{N},\quad I_{max} = 0.048\,\Delta T^{0.44} A_{Cu}^{0.725}\ (A_{Cu}\ \text{in mil}^2)

Referência: IPC-2221A Figure 6-4 (conductor current capacity, and its fit); Fourier conduction for θ

θ_via— Resistência térmica da via (°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 vias

I_max— Capacidade de corrente por via (IPC-2221, k = 0,048, A_Cu em mil²) (A)

ΔT— Aumento de temperatura permitido (°C)

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 aproximadamente 192 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 cerca de 3,3x segundo IPC-4761 Tipo VII (de 192 para 59 C/W nesta via). 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 de junçãoem 20-40C em comparação com projetos sem vias térmicas — geralmente a diferença entre operação confiável e desligamento térmico.

Exemplo Resolvido

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

Solução de acordo com IPC-7093:

Parâmetros de via única: broca de 0,3 mm, revestimento de 25 um, L = 1,6 mm
Área do anel: A = pi x ((0,3/2) ^2 - (0,25/2) ^2) = pi x (0,0225 - 0,0156) = 0,0217 mm2
Único via R_th: R = 1,6/(385 x 0,0217e-6) = 191 C/W
Matriz de destino R_th: 15 C/W, então precisa N = 191/15 = 12,7 vias no mínimo
Com margem de 20%: N = 16 vias em matriz 4x4 com passo de 1,0 mm (cabe na almofada de 5 mm)
Verifique: 16 vias paralelas fornecem R_th = 191/16 = 11,9 C/W
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 3,7 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 cobre ou preenchimento de solda para vias sob almofadas térmicas — adiciona $0,10-0,30/placa, mas reduz R_th em 2-10x 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 segundo IPC-2152.
✗Ignorando a resistência térmica do PCB ao ambiente — por meio de matrizes, apenas ajuda no caminho da placa até a junção; o total de R_th 0 inclui a placa para o ambiente (normalmente 20-40 C/W), que geralmente domina.

Perguntas Frequentes

Como o diâmetro da via afeta a resistência térmica?

Vias maiores têm mais seção transversal de cobre e menor resistência térmica. De acordo com IPC-7093: uma via de 0,2 mm tem R_th de aproximadamente 300 C/W; uma via de 0,3 mm tem aproximadamente 192 C/W; uma via de 0,4 mm tem aproximadamente 141 C/W (todas com revestimento de 25um, placa de 1,6 mm). No entanto, vias maiores consomem mais área da almofada — equilibre o diâmetro versus a quantidade.

A resistência térmica via via pode ser minimizada?

Yes — three methods per IPC-4761: (1) Increase via count — N parallel vias have R_th/N; (2) Use copper-fill (Type VII) — reduces single-via R_th by 2-10x; (3) Reduce board thickness — 0.8mm board has half the R_th of 1.6mm. Cost-effective approach: maximize via count first, then add fill if needed.

Quais materiais são melhores para vias térmicas?

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.

Quantas vias térmicas eu preciso?

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: 192 C/W via única, meta de 10 C/W = mínimo de 20 vias. Adicione 25% de margem para variação de fabricação e resistência da interface.

O via pitch afeta o desempenho térmico?

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 e capacidade de corrente. Obtenha avisos de proporção e DFM para vias cegas e orifícios passantes. Resultados gratuitos e instantâneos.

Thermal

Temperatura do traço

Calcule o aumento de temperatura de trilhas de cobre em PCB sob corrente de carga com o ajuste do IPC-2221 para camadas externas. Insira largura, espessura e corrente para obter ΔT acima da temperatura ambiente. Gratuito, resultados instantâneos.

PCB

Largura do traço

Calcule a largura mínima do traço de PCB para a capacidade atual de acordo com IPC-2221 e IPC-2152. Obtenha resistência, queda de tensão e dissipação de energia. Resultados gratuitos e instantâneos.