J'utilise ce document par Cri comme référence. Ils fournissent quelques mesures, et à partir de ces mesures, je fais des hypothèses approximatives.

Il a plusieurs scénarios considérant différentes tailles de via, épaisseur de PCB, quantité de vias, etc.

Notez qu'il s'agit de mesures de résistance thermique "Point de soudure à travers la carte" , donc je pense qu'elles ne tiennent pas compte de la chaleur dissipée à travers un plan de cuivre plus grand, il suffit de la transférer à travers la carte.

De plus, la taille de l'appareil influencera probablement beaucoup la quantité de vias efficaces, car les paquets avec des coussinets thermiques aideront beaucoup à transporter la chaleur latérale, ce qui rendra les vias de déplacement plus utiles, donc ceci est principalement valable pour les appareils sur la taille de ces LED.

Ce graphique indiquerait que pour un FR-4 de 1,6 mm, les vias de 15 ~ 0,4 mm semblent être le point après lequel des vias plus grands et / ou plus d'entre eux donnent des rendements décroissants.

Ce graphique suivant semble indiquer qu'environ 4 mm de largeur de trace (c'est-à-dire quelque chose comme un anneau d'environ 4 mm d'épaisseur autour d'un point de chaleur, voir les figures 12 et 13), le PCB perd beaucoup de capacité à transférer la chaleur latéralement:

Dans leurs dispositions recommandées pour les LED, ils utilisent des vias de 0,254 mm espacés de 0,635 mm.

Si vous placez 16 vias de 0,4 mm dans un rectangle carré de 4 x 4 mm (des distances plus importantes gêneraient considérablement le transfert de chaleur latéral), cela donnerait un pas maximum de 1 mm. Le pas minimum serait le minimum inter via la distance + votre marge souhaitée.

Il existe d'autres documents (comme celui-ci par sur semi) qui couvrent la taille du plan PCB pour différents comptages de couches. On peut soutenir qu'ils fournissent des rendements décroissants d'environ 40 mm environ pour les panneaux multicouches. (Je pense que c'est moins pour les panneaux à 2 ou à une seule couche en raison de la capacité de transfert de chaleur latérale inférieure).

Dans quelle mesure emballez-vous vos vias thermiques?

Je considère que ce qui précède est limite excessif. Autrement dit, si les coussinets avec des trous, étaient directement sous le coussin thermique.

• Trop de trous
• Trous trop proches les uns des autres (ou trop grands)
• Trous trop éloignés

Les trous doivent avoir un diamètre de 10 mil et être espacés de 25 mil. Cela laisse 15 mils de cuivre entre les vias. Les trous diagonaux ont moins de cuivre que le diamètre des vias. Il semble que les vias soient trop grands.

Les vias en contact avec les vias thermiques sont les seuls vias réellement efficaces. Les vias à plus de 3 mm du coussin thermique sont inefficaces. Le cuivre qui ne se trouve pas sous le coussin thermique est mieux utilisé pour le transfert de chaleur par convection et par rayonnement.

C'est en fait une conception thermique horrible. Les vias thermiques doivent être sur le tampon thermique. La zone thermique (le A dans la loi de Fourier) est la zone de section transversale de l'épaisseur du cuivre. Le cuivre du PCB est trop mince pour un transfert de chaleur conducteur suffisant. Dans cette conception, le transfert de chaleur est d'abord latéral puis à travers les vias. Le transfert de chaleur latéral est inutile, inefficace et inefficace.

Thermal Vias Points de rendement décroissant Bottom Line

1. Trous de 10 à 15 mil de diamètre (10 meilleurs que 15)
2. centres de trous espacés de 25 mils
3. Emplacement des trous directement sous le coussin thermique, à moins de 3 mm du coussin thermique.

il semble que plus de vias sont meilleurs pour la dissipation thermique

Les rendements décroissants sont importants, il est donc inutile de percer des trous au point de provoquer un réveil de l'intégrité mécanique.

Donc plus de trous n'est pas mieux, plus comme inutile.

Il y a deux variables dans la formule de conduction thermique dynamique (loi de Fourier) où vous pouvez encore vous améliorer.

1. Zone: épaisseur du via cuivre
2. dx Length / Distance: Longueur du via / épaisseur du PCB

Si vous ne l'avez pas fait, réduisez l'épaisseur du PCB. En passant de 0,062 "à 0,031", vous réduisez la résistance thermique de 50%. J'ai utilisé des planches de 0,020 ".

Les documents Cree Optimizing PCB Thermal Performance référencés dans une réponse précédente (@Wesley Lee) sont très bons. Il y a quelques années, j'ai passé beaucoup de temps à rechercher des vias thermiques et trouvé de nombreuses études sur le sujet. Le document cri est un excellent résumé de ce que j'ai trouvé ailleurs.

Également du document cri.
Je pense que le nombre de trous est très pertinent ici. Il montre les rendements décroissants.

La plupart des recherches actuelles sur les vias thermiques ont été effectuées pour les LED.

Même s'ils ne peuvent pas épeler plate-forme, il y a une bonne section sur les vias.

LUXEON Rebel Plaform Assemblage et informations de manipulation

D'après le document ci-dessus sur le nombre de trous et les rendements décroissants.

OSRAM propose un petit guide de gestion du theraml sur la conduction, la convection et le rayonnement.
Remarque sur l'application OSRAM: gestion thermique des sources de lumière basée sur les LED SMD

Exemple d'OSRAM

Je fais des bandes LED haute puissance et les vias thermiques n'ont pas beaucoup aidé. J'ai conclu que les vias thermiques étaient inadéquats pour conduire le flux thermique.

Ce que je devais faire était de monter le dissipateur thermique ou une barre de cuivre sur le côté composant de la carte aussi près que possible de la source de chaleur. Je n'ai jamais essayé l'aluminium car je laisserais du cuivre nu là où la barre était connectée au PCB et j'étais préoccupé par l'électrolyse. J'utilise maintenant (j'ai obtenu le premier PCB cette semaine) l'ENIG plutôt que le cuivre nu donc je peux maintenant essayer l'aluminium.

Il y a une alternance d'empreintes de pas Cree XP et Lumiled Rebel sur cette bande. Les coussinets avec les trous sont le coussin thermique. Les trous de vis pour le dissipateur thermique sont d'environ 0,128 "pour la vis à métaux 4-40.

Voici à quel point les vias thermiques ont fonctionné:

Ci-dessous se trouve le dissipateur thermique monté sur le PCB. Le dissipateur thermique est ici une conduite d'eau en cuivre dans laquelle de l'eau froide est pompée.

Cette approche consistait à avoir une conduction thermique à 100% où le chemin thermique était à 100% en cuivre.

J'ai laissé les vias thermiques en place pour mesurer la température du coussin thermique.

Le fait de monter le dissipateur thermique du côté du composant (si possible) est bien meilleur que les vias thermiques.

Lors des tests, la barre de cuivre et la conduite d'eau étaient presque à la même température. Les points de test mesurés sont ci-dessous. De l'eau glacée a été pompée à travers le tuyau de cuivre.

Le coussin thermique, point le plus à gauche, 10 ° C plus haut que le tuyau le plus à droite. Le point entre la vis et le tampon thermique était de quelques degrés plus haut que le tuyau en cuivre.

Cela dépend de la direction de la chaleur après les vias.

Si l'arrière de la carte est un véritable dissipateur thermique, alors cela vaut la peine de continuer à ajouter de plus en plus de vias à travers la carte pour déplacer la chaleur de la face supérieure.Au fur et à mesure que vous ajoutez de plus en plus de vias, la carte ressemble plus à du métal qu'au FR4.L'épaisseur et la composition du panneau seront toujours le facteur limitant.

Si les vias doivent distribuer la chaleur aux plans de masse de la carte, et de là sur le côté et dans l'air, alors il n'y a pas d'intérêt à entasser beaucoup de vias, car c'est le chemin de chaleur ultérieur qui est le facteur limitant.

Un carré de 1 once / pied ^ 2 feuille de cuivre ---- 35 microns d'épaisseur, ou 1,4 mils d'épaisseur ----- a une résistance thermique de 70 degrés Centrigrade / watt.

Pour n'importe quel carré de papier d'aluminium.1 mètre carré, 10 mm carré ou 1 mm carré.

Les vias sont plaqués pour avoir approximativement la même épaisseur de paroi interne que la feuille aux deux extrémités du via, d'après les micro-sections transversales que j'ai vues.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Un via a une résistance thermique facilement calculée.Un long via de 0,06 (jusqu'à 1/16 "FR-4) avec un diamètre de 0,02" (circonférence de Pi * 0,02 = 0,0628) est un morceau CARRÉ de cuivre plaqué, et a donc une résistance thermique de 70 degrés centigrades par watt.

Chaque via a une meilleure conductivité thermique que le substrat FR4, donc plus de vias donnent évidemment une résistance thermique plus faible et donc un meilleur transfert de chaleur.De plus, chaque via a une inductance, donc en avoir plusieurs en parallèle permet une meilleure connexion électrique du plot inférieur d'un circuit intégré s'il sert également de connecteur de masse.

Donc, je conclurais, plus de vias c'est mieux, jusqu'à la limite de fabrication / espacement de perçage, et les plus petits vias pleins sont mieux aussi.En ce qui concerne le motif, il serait également préférable de placer plus de vias dans des zones de contrainte thermique plus élevée, alors peut-être que seules certaines zones d'un dessin devraient en avoir beaucoup.