李增珍

摘 要： 为了对电源设备的印刷电路板（PCB）散热过孔的导热性能做优化提高，推导了一套理论计算公式，采用数值仿真、实验测试的方法验证了该公式的可靠性。通过该理论计算公式，研究了散热过孔的孔径、填充的材料以及过孔镀铜厚度对导热率的影响。研究结果显示，过孔内孔直径为0.45 mm为最优直径；填充材料为FR4或者Rogers时没有明显的改善，但是如果用焊锡等高导热率的材质填充时导热率有明显的提高；过孔镀层厚度对导热率的影响非常大，呈线性的增长关系。采用该结果推荐的三种散热过孔优化方案，能使导热率分别提高6.5%，35%及51%。

关键词： 散热过孔； 导热率； 镀铜厚度； 热仿真

中图分类号： TN305.94?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）12?0143?05

Abstract： to enhance the thermal conductivity of via hole in PCB of electrical power units， a formula was deduced to calculate the thermal conductivity of via hole. This formula was verified by both numerical simulation and experiment. With the formula， the impacts of via hole diameter， filling material and copper plating thickness on thermal conductivity are studied in this paper. The conclusions are that via hole diameter of 0.45 mm is the best value； FR4 or Rogers； filling material of the via hole can get minor benefit on thermal conductivity， but if filling with high conductivity material such as solder， the thermal conductivity is improved obviously； the plating layer thickness of via hole impacts the thermal conductivity most， which appears a liner growth relationship between the thickness and the conductivity. With the three recommend optimization methods， the thermal conductivity of via hole can increase by 6.5%， 35% and 51% respectively.

Keywords： via hole； thermal conductivity； copper plating thickness； thermal simulation.

0 引 言

在现在电源设备中大量的使用了印刷电路板 （PCB）。随着电子技术的发展，PCB上的布线密度越来越高，使得设备的体积功率密度大大增加，散热问题日益突出[1]。根据故障率统计，高温是大多数电子元器件最严重的危害，它会直接导致元器件的失效，进而引起整个线路板的失效[2]。PCB厚度方向的导热系数比平面内的导热系数小得多， 为了改善厚度方向的导热性， 可以在PCB 上设计散热过孔（Via farm）。散热过孔是穿透PCB 的小孔， 一般直径为0.4～1.0 mm， 孔壁镀铜[3]。在器件的结壳热阻很小的时候，如MOSFET等器件，PCB的导热性能尤其重要[4]。而目前对于散热过孔导热能力的优化工作很少有文献涉及，本文旨在设计一套简单可用的散热过孔导热率理论计算方法，并通过数值仿真和实验测试予以验证。……