Калькулятор тока через переходное отверстие печатной платы
На основе IPC-2221 — рассчитайте, какой ток может выдержать металлизированное сквозное отверстие, его сопротивление и падение напряжения, или определите необходимый размер отверстия и количество параллельных переходных отверстий для вашей цепи питания.
| Отверстие (мм) | Отверстие (мил) | Площадь (мм²) | Iмакс. / отверстие (А) | Сопротивление (мОм) | Переходных отверстий для I |
|---|
Токовая нагрузочная способность: I = k · ΔT0.44 · A0.725 (IPC-2221), где A выражена в мил², k = 0.048 для наружных проводников и 0.024 для внутренних. Переходное отверстие окружено материалом FR-4 и плохо отводит тепло, поэтому коэффициент для внутренних проводников (k = 0.024) используется по умолчанию как безопасный вариант.
Сопротивление: R = ρ·L / A, где ρ₂₀ = 1.72×10⁻⁸ Ω·м, температурный коэффициент равен 0.00393/°C, а L — длина переходного отверстия (≈ толщине платы для сквозного отверстия). Падение напряжения и потери мощности рассчитываются для тока I / N на одно переходное отверстие.
Пересчёт единиц: 1 мил = 0.0254 мм = 25.4 мкм · 1 унция/фут² = 35 мкм поверхностной меди (толщина металлизации стенки указывается отдельно) · Δ°F = Δ°C × 9/5 · °F = °C × 9/5 + 32.
Примечания: ① Для класса 2 по IPC-6012 требуется средняя толщина металлизации стенки ≥ 20 мкм (≥ 25 мкм для класса 3); в отверстиях с большим отношением глубины к диаметру слой металлизации тоньше в центре стенки — уточните у производителя минимальную толщину готового покрытия. ② Ток между параллельными переходными отверстиями распределяется неравномерно: при N > 1 этот калькулятор применяет коэффициент снижения 0.75, поэтому общая токовая нагрузочная способность = Iна одно переходное отверстие × N × 0.75. ③ Равномерно металлизировать отверстия с отношением сторон более 8:1 (толщина платы / диаметр отверстия) сложно. ④ IPC-2221 использует намеренно консервативный подход; для проектов с высоким током точнее использовать IPC-2152 или тепловое моделирование. ⑤ В результаты не включены эффекты заполненных / заглушённых переходных отверстий, термобарьеров и паяльной маски — используйте их только как справочные и проверьте измерениями перед производством.
Frequently Asked Questions
Какой стандарт и формулу использует этот калькулятор?
IPC-2221. Стандартное переходное отверстие — это полый медный цилиндр, поэтому его проводящее сечение представляет собой кольцевую стенку металлизации: A = π · t · (D + t), где D — диаметр готового отверстия, а t — толщина металлизации стенки. Для расчёта тока используется формула I = k · ΔT^0.44 · A^0.725, где A выражена в мил², k = 0.048 для наружных проводников и 0.024 для внутренних, а ΔT — допустимое повышение температуры. Калькулятор также рассчитывает сопротивление, падение напряжения и потери мощности и может определить минимальный диаметр отверстия для заданного тока.
Почему по умолчанию используется внутренняя тепловая модель?
Потому что переходное отверстие окружено материалом FR-4, а не воздухом. FR-4 — теплоизолятор, поэтому тепло, выделяемое в переходном отверстии, может распространяться только в ламинат и прилегающие слои меди; оно не может отводиться конвекцией в окружающую среду, как в случае с поверхностной дорожкой. Поэтому коэффициент k = 0.024 для внутренних слоёв — консервативный выбор: внешнее значение k = 0.048 примерно вдвое увеличило бы расчётную допустимую нагрузку. Выбирайте «Внешний слой» только тогда, когда переходное отверстие действительно обдувается воздухом или соединено с большой плоскостью-теплоотводом.
Что важнее: диаметр отверстия или толщина металлизации?
Обычно — толщина металлизации. Площадь поперечного сечения: A = π · t · (D + t), а стенка металлизации очень тонкая: в отверстии диаметром 0.3 мм с металлизацией толщиной 25 µm площадь меди составляет всего 0.0255 mm² — намного меньше, чем у поверхностной дорожки шириной 0.3 мм и толщиной меди 1 oz. Увеличение толщины металлизации вдвое почти удваивает площадь; увеличение диаметра отверстия даёт гораздо меньший эффект на единицу площади платы. IPC-6012 Class 2 требует средней толщины меди в стенке отверстия 20 µm (25 µm для Class 3), а в отверстиях с высоким отношением сторон металлизация в центре стенки тоньше. Всегда уточняйте у производителя минимальную толщину после изготовления.
Как рассчитывается сопротивление переходного отверстия и влияет ли на него толщина платы?
R = ρ·L/A, где ρ — удельное сопротивление меди (1.72×10⁻⁸ Ω·m при 20 °C с поправкой на рабочую температуру), L — длина переходного отверстия, приблизительно равная толщине платы для сквозного отверстия, а A — площадь поперечного сечения металлизации. Сопротивление типичного переходного отверстия диаметром 0.3 мм с металлизацией толщиной 25 µm в плате толщиной 1.6 мм составляет около 1.08 mΩ. Толщина платы не меняет допустимый ток, который зависит от площади поперечного сечения, но увеличивает сопротивление, падение напряжения и потери мощности. Кроме того, растёт отношение толщины платы к диаметру отверстия: при значении выше 8:1 равномерно металлизировать стенку отверстия трудно.
Сколько параллельных переходных отверстий нужно для цепи с большим током?
Не делите допустимый ток для одного отверстия просто на количество отверстий. Из-за производственных допусков и асимметрии разводки ток распределяется неравномерно, поэтому калькулятор применяет коэффициент снижения 0.75 при использовании нескольких отверстий: общая допустимая нагрузка = ток на одно отверстие × N × 0.75. Например, чтобы провести ток 5 A с запасом +10%, потребуется 8 отверстий диаметром 0.3 мм с металлизацией толщиной 25 µm, рассчитанных примерно на 0.95 A при повышении температуры на 10 °C. Равномерно распределяйте отверстия вдоль пути тока, а не собирайте их в одном месте, и обеспечьте достаточную ширину дорожек, подводящих ток к каждому отверстию.
Какое повышение температуры и запас надёжности следует выбрать?
Рекомендуемые значения по умолчанию — повышение на 10 °C и запас +10%. Повышение на 5 °C — более консервативный вариант для герметичных корпусов, высокой температуры окружающей среды и плат с повышенными требованиями к надёжности; повышение на 20–30 °C допустимо только для периодических нагрузок. Запас увеличивает расчётный ток до того, как калькулятор определит минимальный диаметр отверстия или необходимое количество переходных отверстий, поэтому результат уже учитывает его. Для длительной работы на полной нагрузке в горячем корпусе выберите +20%.
Учитывает ли калькулятор заполненные переходные отверстия, микропереходы и IPC-2152?
Нет — он моделирует стандартное пустотелое металлизированное сквозное отверстие. Переходные отверстия, заполненные медью или проводящим составом, имеют большее эффективное поперечное сечение и способны проводить больший ток; лазерные микропереходы — глухие и значительно короче, поэтому введите толщину слоя диэлектрика как длину переходного отверстия, а не полную толщину платы. IPC-2221 — более старая, намеренно консервативная эмпирическая модель; IPC-2152 и тепловое моделирование лучше согласуются с измерениями на современных структурах слоёв. Считайте результат безопасной нижней оценкой, а пути с большим током проверяйте, пропуская ток через тестовый образец или выполняя тепловизионное обследование. LEADHUI может изготовить тестовые образцы с вашей производственной структурой слоёв.