Calcolatore della corrente nelle via PCB

Basato su IPC-2221 — calcola quanta corrente può condurre un foro passante metallizzato, la sua resistenza e la caduta di tensione, oppure determina a ritroso le dimensioni del foro e il numero di via in parallelo necessari alla tua rete di alimentazione.

Domande Frequenti

• Quale standard e quale formula usa questo calcolatore?

  IPC-2221. Una via standard è un cilindro cavo di rame, quindi la sua sezione conduttiva è la parete anulare del foro: A = π · t · (D + t), dove D è il diametro del foro finito e t è lo spessore della metallizzazione del foro. La formula della corrente è I = k · ΔT^0.44 · A^0.725, con A in mil², k = 0.048 per i conduttori esterni e 0.024 per quelli interni, e ΔT pari all'aumento di temperatura consentito. Il calcolatore indica anche la resistenza, la caduta di tensione e la perdita di potenza e può calcolare a ritroso il diametro minimo del foro per una corrente obiettivo.

• Perché il modello termico interno è quello predefinito?

  Perché una via è circondata da FR-4, non dall'aria. FR-4 è un isolante termico, quindi il calore generato nel foro può propagarsi solo nel laminato e nei piani di rame adiacenti; non può essere dissipato per convezione nell’ambiente come avviene per una traccia superficiale. Il coefficiente interno k = 0.024 è quindi la scelta più prudente: il valore esterno k = 0.048 raddoppierebbe all’incirca la capacità prevista. Passa a Esterno solo quando il via è realmente esposto al flusso d’aria o collegato a un ampio piano di dissipazione termica.

• Cosa conta di più: il diametro del foro o lo spessore della metallizzazione?

  Di solito, lo spessore della metallizzazione. La sezione trasversale è A = π · t · (D + t) e la parete del foro è molto sottile: un foro da 0.3 mm con una metallizzazione da 25 µm ha solo 0.0255 mm² di rame, molto meno di una traccia superficiale larga 0.3 mm con rame da 1 oz. Raddoppiando lo spessore della metallizzazione, l’area quasi raddoppia; aumentare il diametro del foro offre un beneficio molto minore a parità di area del circuito. La norma IPC-6012 Classe 2 richiede una media di 20 µm di rame nel foro (25 µm per la Classe 3); nei fori con un elevato rapporto d’aspetto, lo strato di rame è più sottile al centro del foro. Verifica sempre con il produttore il valore minimo effettivo.

• Come si calcola la resistenza di un via e lo spessore della scheda è importante?

  R = ρ·L/A, dove ρ è la resistività del rame (1.72×10⁻⁸ Ω·m a 20 °C, corretta in base alla temperatura di esercizio), L è la lunghezza del via — approssimativamente lo spessore della scheda per un foro passante — e A è la sezione trasversale del rame depositato. Un via tipico da 0.3 mm con metallizzazione da 25 µm, passante in una scheda da 1.6 mm, ha una resistenza di circa 1.08 mΩ. Lo spessore della scheda non modifica la capacità di corrente, che dipende dalla sezione trasversale, ma aumenta la resistenza, la caduta di tensione e la perdita di potenza. Inoltre aumenta il rapporto d’aspetto: oltre 8:1 è difficile metallizzare uniformemente il foro.

• Di quanti via in parallelo ho bisogno per una rete ad alta corrente?

  Non dividere semplicemente per la portata nominale di un singolo via. Le tolleranze di produzione e l’asimmetria del layout fanno sì che la corrente non si ripartisca in modo uniforme; per questo, quando si utilizza più di un via, questo calcolatore applica un fattore di riduzione della ripartizione pari a 0.75: capacità totale = corrente per via × N × 0.75. Per esempio, per trasportare 5 A con un margine del +10%, servono 8 via da 0.3 mm / 25 µm, con portata nominale di circa 0.95 A per un aumento di temperatura di 10 °C. Distribuisci uniformemente i via lungo il percorso della corrente anziché raggrupparli e assicurati che le tracce che alimentano ciascun via siano sufficientemente larghe.

• Quale aumento di temperatura e quale margine di sicurezza dovrei usare?

  Il valore predefinito consigliato è un aumento di 10 °C con un margine del +10%. Un aumento di 5 °C è più prudente per gli involucri sigillati, le temperature ambiente elevate e le schede ad alta affidabilità; 20–30 °C sono accettabili solo per carichi intermittenti. Il margine aumenta la corrente di progetto prima che il calcolatore determini il diametro minimo del foro o il numero di via, quindi il risultato lo include già. Per un carico massimo continuo in un involucro caldo, scegli +20%.

• Il calcolatore supporta via riempiti, microvia e IPC-2152?

  No: considera un normale foro passante metallizzato e cavo. I via riempiti di rame o con tappo conduttivo hanno una sezione trasversale effettiva maggiore e possono trasportare più corrente; i microvia laser sono ciechi e molto più corti, quindi inserisci lo spessore dello strato dielettrico come lunghezza del via anziché lo spessore dell’intera scheda. IPC-2221 è un modello empirico più datato e volutamente prudenziale; IPC-2152 e le simulazioni termiche concordano meglio con le misurazioni effettuate sui moderni stack-up. Considera il risultato come un limite inferiore sicuro e convalida i percorsi ad alta corrente sottoponendo a carico di corrente un coupon di prova o utilizzando una termocamera. LEADHUI può realizzare coupon con il tuo stack-up di produzione.