这篇文章议论了一种运用通孔安顿来最大化双相电源模块散热功用的多层PCB方案办法。其间的电源模块能够装备为两路20A单相输出或许单路40A双相输出。运用带通孔的示例电路板方案来给电源模块散热，以到达更高的功率密度，使其无需散热器或电扇也能作业。

　　图1：包含两个20A输出的ISL8240M电路

　　那么该电源模块怎么才干完毕如此高的功率密度？图1电路图中闪现的电源模块供应仅有8.5°C/W的极低热阻θ，这是由于其衬底运用了铜资料。为给电源模块散热，电源模块设备在具有直接设备特性的高效导热电路板上。该多层电路板有一个顶层走线层（电源模板设备于其上）和运用通孔联接至顶层的两个内埋铜平面。该构造有十分高的导热系数（低热阻），使电源模块的散热很简略。

　　为了解这一景象，咱们来剖析一下ISL8240MEVAL4Z评价板的完毕（图2）。这是一个在四层电路板上支撑双路20A输出的电源模块评价板

　　图2：ISL8240MEVAL4Z电源模块评价板

　　该电路板有四个PCB层，标称厚度为0.062英寸(±十%)，并且选用层叠摆放，如图3所示。

　　图3：ISL8240M电源模块运用的四层0.062”电路板的层叠摆放　　该PCB首要由FR4电路板资料和铜构成，还有少数焊料、镍和金。表1列出了首要资料的导热系数。

　　SAC305* 是最盛行的无铅焊料，由96.5%锡、3.0%银和0.5%铜构成。 W = 瓦特，in = 英寸，C = 摄氏度，m = 米，K =开氏度

　　咱们运用式1 来断定资料的热阻。

　　式1：核算资料的热阻

　　为断定图3中电路板顶部铜层的热阻，咱们取铜层的厚度(t)并除以导热系数与截面积之积。为核算便当，咱们运用1平方英寸作为截面积，这时A=B=1英寸。铜层的厚度为2.8密耳（0.0028英寸）。这是2盎司铜堆积在1平方英寸电路板区域的厚度。系数k是铜的W/(in-°C)系数，其值等于9。因而，关于这1平方英寸2.8密耳铜的暖流，热阻为0.0028/9=0.0003°C/W。咱们可运用图3闪现的每层规范和表1中的相应k系数，来核算每层1平方英寸电路板区域的热阻。效果如图4所示。

　　图4：1平方英寸电路板层的热阻

　　从这些数字，咱们可知33.4密耳(t5)层的热阻是最高的。图4中的悉数数字闪现了从顶层至底层的这四层1平方英寸电路板的总热阻。假定咱们增加一个从电路板顶层至底层的通孔联接会怎么？咱们来剖析增加该通孔联接的状况。

　　电路板运用的通孔的成孔规范约为12密耳（0.012英寸）。制作该通孔时先钻一个直径为0.014英寸的孔，然后镀铜，这会在孔内侧增加约1密耳（0.001英寸）厚的铜壁。该电路板还运用了ENIG电镀技能。这在铜外外表上增加约200微英寸镍和约5微英寸金。咱们在核算中疏忽这些资料，只运用铜来断定通孔的热阻。

　　式2是核算圆柱形管热阻的公式。

　　式2：核算圆柱形管热阻

　　变量l是圆柱形管的长度，k是导热系数，r1是较八成径，r0是较小半径。

　　对12密耳（直径）成孔运用该式，咱们有r0=6密耳（0.006英寸）、r1=7密耳（0.007英寸）和K=9（镀铜）。

　　图5：12密耳通孔的外表规范

　　变量l是通孔的长度（从顶面铜层终究面铜层）。电路板上焊接电源模块的本地没有阻焊层，但对别的区域，PCB方案工程师或许恳求在每个通孔的顶部放置阻焊层，不然通孔上面的区域会空缺。由于通孔只联接外铜层，所以其长度为63.4密耳（0.0634英寸）。总通孔长度自身的热阻是167°C/W，如式3所示。

　　式3：核算一个通孔（12密耳）的热阻

　　图6列出了联接电路板各层的每段通孔的热阻。

　　图6：联接电路板各层的通孔段的热阻

　　请留神，这些值仅仅一个通孔自身的热阻，并未思考穿过电路板的每一段与盘绕它的资料是横向联接的。

　　假定咱们剖析图4中各个电路板层的热阻值，并将它们与一个通孔的热阻值进行比照，如同该通孔的热阻比每层的热阻高许多，可是请留神，一个通孔只占1平方英寸电路板区域的1/5000不到。假定咱们抉择比照更小的电路板区域，比方0.25英寸x0.25英寸（这是前面电路板区域的1/16），则图4中的每个热阻值将增加到正本的16倍。例如，t4和33.4密耳厚FR4层的热阻会从5.21875°C/W增加至83.5°C/W。仅对该0.25英寸x0.25英寸区域增加一个通孔就会使穿过该33.4密耳FR4层的热阻削减近一半（83.5°C/W和90.91°C/W）。0.25英寸x0.25英寸方块的面积是一个通孔的面积的约400倍。那么假定在该区域安顿16个通孔会怎么？与一个通孔比照，悉数平行通孔的有用热阻将减小16倍。图7比照了各个0.25英寸x0.25英寸电路板层与16个通孔的热阻。0.25英寸x0.25英寸电路板的33.4密耳厚FR4层的热阻为83.5°C/W。16个平行通孔具有5.6821°C/W的等效热阻。

　　这16个通孔只占0.25英寸x0.25英寸电路板区域面积的不到1/25，但可显着减小从顶面到低层的热阻联接。

　　图7：热阻值比照

　　请留神，当热向下贱过通孔并到达另一层时，分外是另一个铜层时，其将横向懈怠到该资料层。增加不断增加通孔终究会下降效果，由于从一个通孔横向懈怠到邻近资料的热终究会与来自另一个方向（源自从另一通孔）的热相遇。ISL8240MEVAL4Z评价板的规范是3英寸x4英寸。电路板上的顶层和底层有2盎司铜，还有两个内层各包含2盎司铜。为使这些铜层体现效果，电路板有917个12密耳直径的通孔，它们全都有助于将热从电源模块懈怠到下面的铜层。

　　完毕语

　　为习气电压轨数意图增多和更高功用的微处理器和FPGA，比方ISL8240M电源模块等抢先的电源处理处理方案，经过供应更大功率密度和更小功耗来帮忙跋涉功率。通孔在电源模块电路板方案中的最优完毕，已变成完毕更高功率密度的一个越来越首要的要素。

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