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關于過孔、通流和溫度的一本書

這本書的體量不大,整體以測試數據為基礎,講述過孔、過流和溫度等相關問題。

第一個問題是關于銅厚的,產品的疊層設計,0.5oz對應的厚度是0.6mil,1oz對應的厚度是1.2mil,奇怪的是將其用公制mm表示,1oz對應的厚度是0.035mm,公制轉換成英制,則對應1.38mil,還有制造工藝上的公差又有+/-10%。這些偏差是常見的經驗值造成的,是需要注意的。

第二個問題,常見的散熱形式有三種:介質傳導、空氣對流和熱輻射。介質傳導中介電材料的導熱有兩個方向:一是x-y平面,平行于表面,稱之為平面導熱;二沿著z方向,垂直于表面,稱之為縱向導熱。衡量導熱性能的指標就是導熱系數,常見平面導熱數值范圍(Tcon-x)0.5~0.6,縱向導熱(Tcon-z)0.3~0.5。實際產品設計中,常見的銅導熱系數高達386。

第三個問題,溫度的分布實際上是一個點的概念,而不是面。溫度分布很小是均勻變化的,這是因為:

  • 電流密度分布的差異(比如集膚效應)
  • 局部散熱條件的變化(比如介質厚度的變化)
  • 環境熱邊界條件的不一致(比如散熱器接觸不均勻)

走線溫度呈現的是梯度分布,中心溫度最高,向末端遞減。

以此可以推出能量消耗也是點的概念,比如傳輸線的瞬時阻抗發生變化,電阻率發生變化,能量的消耗在此處也會發生變化。

第四個問題,過孔的溫升不是由電流決定的,取決于相連的走線,走線的導電截面積約為通過導電截面積的1.5~2倍,兩者溫度趨于一致。這時候,就不需要打多個過孔來處理散熱,而是通過介質層快速傳導熱,而非過孔本身。

內存走線比外層走線溫度低,也是因為介質層的散熱能力比空氣對流和熱輻射更強。

第五個問題,過孔的電流密度。見下圖:

  • 通孔前端電流密度:遞減趨勢
  • 通過后端電流密度:遞增取舍
  • 孔壁周圍電流密度比較均勻

無論是單個過孔還是多個過孔,電流密度情況是相似的。

第六個問題,通流能力。關于我們常說的40mil,1oz的銅箔通流能力1A這個經驗值,這個經驗值忽略了一個時間的因素,書中列出了實驗數據,20mil,1.5oz的銅箔,8.3A電流 2H的時間發生熔斷,電流變為8.4A,時間為1H16分。

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