对最宽的痕迹,温差趋于最小,并随着垫面/痕迹宽度的变窄而增大。然而,即使在最狭窄的痕迹下,现场温度仍然很重要。这里不讨论(再次参见[3]),温差是板厚度的函数。温差会随着板厚的增加而增大。
结果倾向于证实上面的一般陈述:电路板底层的热剖面类似于顶层的热剖面。顶层和底层之间的现场温度差异通常小于10摄氏度,更多情况下在5摄氏度甚至更小的范围内。
影响
以上有几个可能的含义。首先,这些结果解释了为什么热通孔效率如此之低,它们几乎是无效的。根据定义,热通孔必须去某个地方。通常,它们终止在板子对面的铜表面(平面)上。公式1显示了它们背后的理论。导热公式为:
方程1。Q/t = kA(ΔT)/d
地点:
Q/t =传热速率(瓦,或焦耳/秒)
k =导热系数(W/m·k)
ΔT =温度变化(oC = oK)
重叠区域
D =垫面与平面之间的距离
在上面的例子中(图2和图3),加热垫(没有底层平面)高于环境温度73℃(ΔT=73)。但在这种情况下,没有地方可以终止热通道。当我们在底层添加一个平面时,我们可以终止热通道,ΔT(垫和平面之间)降低到9摄氏度。(内部平面外壳将ΔT降低到6摄氏度。)几乎所有的好处都来自铜平面本身的添加。额外的热通道的边际贡献几乎可以忽略不计。
第二个含义是,内层上较小的信号痕迹将具有几乎相同的热廓线,与上面和下面的顶层和底层相同。图6(b)展示了一个内部跟踪层,在顶层以下约6密耳,通过我们的一个加热垫的下面(下面没有平面)。有两个痕迹,1.0毫米和2.0毫米(40和80毫米)宽,分别通过垫下面。图6(a)是同一个pad,没有任何痕迹。
图6。比较加热垫下没有内部痕迹(a)和垫下6密耳的内部痕迹(b)的热模式。
热模式表明,迹线对冷却有轻微影响(较小的迹线影响较小),但总体而言,信号迹线与加热垫具有几乎相同的热分布。由于电阻率是温度的函数,这意味着当信号通过衬垫[4]下面时,信号轨迹的电阻沿轨迹从一点到点发生变化。人们可以推测,这意味着差分对每一侧的电阻,或信号总线中不同差分对的电阻,如果它们经过不同的热环境,可能是不同的。这可能对信号水平和时间有影响,也可能没有,这取决于具体情况。
实验证据
一个合适的问题是:我们是否有任何实验证据来支持我们在这里谈论的热廓线类型?答案是肯定的。例如,在最近的一篇文章[5]中,我们(实验地)展示了如果衬垫改变温度,衬垫下面的路径会改变电阻。然后我们问这是否有任何信号完整性的影响。
在我们的书[1]中,我们将第8章用于通过加热。在那一章中,我们有两个表来确认我们的仿真模型与我们的实验测试板[6]相匹配。图7和图8改编自本章的图8.8和8.9。这些温度计是实验性的6英寸长的轨迹中间有一个孔,从顶部到底部。每个轨迹的左侧部分位于顶层。左边的温度指示是用于顶层的trace/via。每个图像的右边部分是顶层的温度从底层的实际轨迹加热而来。
在图7中,右上方的一层比对面一层的相同位置低10度左右。但在图8中,这一差异仅比另一层低一到两度。这与我们上面的模拟是一致的。温差随着加热宽度的增加而减小。
图7。27毫米宽带6.65安培(改编自[1],图8.8)
图8。200密宽带8.55安培(改编自参考文献1,图8.9)。
底线
加热痕迹和垫的热影响不仅限于它们所存在的板层。它们或多或少地反映在它们上下的每一层上。