Eine Versorgungsleiterbahn kann ausreichend breit sein und dennoch einen schwachen Lagenübergang speisen. Die Via-Hülse besitzt einen eigenen Kupferquerschnitt, Widerstand und Wärmeleitpfad. Beginnen Sie mit dem fertigen Lochdurchmesser und dem minimalen Lochwandkupfer und prüfen Sie anschließend die Anschlüsse an die Hülse sowie die tatsächliche Stromaufteilung zwischen parallelen Vias.
Der PCB-Via-Stromrechner vergleicht Hülsenwiderstand, Spannungsabfall, Kupferverlustleistung und heuristische Stromschätzungen. Sein nützlichstes Ergebnis ist ein nachvollziehbarer Vergleich verschiedener Geometrien. Ein einzelner berechneter Strom legt keinen qualifizierten Via-Nennstrom fest.
Welchen Durchmesser und welche Kupferdicke sollten Sie eingeben?
Verwenden Sie in diesem Rechner den fertigen inneren Lochdurchmesser, nicht den Durchmesser des Bohrwerkzeugs. Die radiale Metallisierung ist die Kupferdicke an einer Lochwand. Sie ist unabhängig vom Kupfergewicht der Außenlagen: Eine Leiterplatte mit 2 oz Außenkupfer besitzt nicht automatisch eine bestimmte Hülsenmetallisierungsdicke.
Für den fertigen Innendurchmesser D und die radiale Kupferdicke t beträgt der leitende Hülsenquerschnitt:
A = π × [(D/2 + t)² − (D/2)²] = π × t × (D + t)
Verwenden Sie Millimeter für beide Abmessungen, um Quadratmillimeter zu erhalten. Die verbreitete Dünnwandnäherung πDt lässt den Term t² weg. Mit D = 0.30 mm und t = 0.025 mm beträgt die exakte Ringfläche 0.0255254 mm². Das Dünnwandergebnis liegt etwa 7.7% unter der exakten Fläche.
Die Hülsenlänge ist die Länge des zu bewertenden stromführenden Abschnitts. Im folgenden Beispiel durch die gesamte Leiterplatte beträgt sie 1.60 mm. Eine Verbindung zwischen nahen Innenlagen kann einen kürzeren Gleichstromleitungsabschnitt haben, während die verbleibende Hülse als Hochfrequenzstub weiterhin relevant sein kann. Ein Widerstandsvergleich analysiert diesen Stub nicht.
Rechenbeispiel: ein 3-A-Übergang mit einem, zwei oder vier Vias
Geben Sie diese Werte in den Rechner ein:
| Eingabe | Wert |
|---|---|
| Fertiger Lochdurchmesser | 0.30 mm |
| Radiale Kupfermetallisierung | 25 µm |
| Hülsenlänge | 1.60 mm |
| Lokale Umgebungstemperatur | 25°C |
| Angenommene Temperaturerhöhung | 10°C |
| Gesamtlast | 3 A |
| Via-Anzahl | 1, 2 und 4 vergleichen |
Die Widerstandsberechnung nimmt 35°C Kupfertemperatur an. Sie verwendet ρ20 = 1.724 × 10⁻⁸ Ω·m und einen Temperaturkoeffizienten von 0.00393/°C:
R = ρ20 × [1 + 0.00393 × (T − 20)] × Länge / Fläche
Rechnen Sie die Länge in Meter und die Fläche in Quadratmeter um. Bei N identischen Hülsen mit ideal gleicher Stromaufteilung gelten Rarray = R/N, Spannungsabfall = I × Rarray und gesamte Hülsenverlustleistung = I² × Rarray.
| Via-Anzahl | Strom je Via | Gruppenwiderstand | Spannungsabfall bei 3 A | Gesamte Hülsenverlustleistung |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 3.00 A | 1.14435 mΩ | 3.43305 mV | 10.2992 mW |
| 2 | 1.50 A | 0.572176 mΩ | 1.71653 mV | 5.14958 mW |
| 4 | 0.75 A | 0.286088 mΩ | 0.858264 mV | 2.57479 mW |
Diese Zahlen erfassen ausschließlich den Kupferwiderstand der Hülse. Sie schließen Ausbreitungswiderstände der Pads, Stege von Wärmefallen, Anschlussleiterbahnen, Lötstellen und Steckverbinder aus. Außerdem halten sie die Kupfertemperatur konstant: Die Berechnung bestimmt nicht die neue Gleichgewichtstemperatur nach dem Hinzufügen von Vias.
Warum ist die angezeigte Stromschätzung kein IPC-Via-Nennstrom?
Das Werkzeug wendet auch den bekannten leiterbahnähnlichen Ausdruck I = k × ΔT^0.44 × A^0.725 auf den Hülsenquerschnitt in Quadratmil an. Für diese Geometrie bei 10°C Erwärmung ergibt k = 0.048 etwa 1.90234 A und k = 0.024 etwa 0.951170 A.
Dies sind heuristische Vergleichswerte. Die Koeffizienten stammen aus der älteren Leiterdimensionierung; ihre Zuordnung zu durchgehenden und Blind-/Buried-Vias begründet kein validiertes thermisches Via-Modell. Insbesondere beweisen die beiden Werte nicht, dass ein durchgehendes Via den doppelten Strom eines Blind-Vias trägt.
Die arithmetische Summe mehrerer heuristischer Werte bleibt ebenfalls eine Heuristik. Sie berücksichtigt weder gemeinsame Erwärmung noch ungleichmäßige Metallisierung oder ungleichen Stromeintritt. Verwenden Sie sie als Hinweis auf weiteren Untersuchungsbedarf und bestätigen Sie die Baugruppe anschließend unter den vorgesehenen Last- und Kühlbedingungen. Der Leitfaden zur Leiterbahnbreite erklärt den Unterschied zwischen älteren Kurvenanpassungen und einer auf die konkrete Leiterplatte abgestimmten thermischen Bewertung.
Wann helfen parallele Vias weniger als die ideale Berechnung erwarten lässt?
| Layoutbedingung | Warum die gleiche Stromaufteilung scheitern kann | Was zu prüfen ist |
|---|---|---|
| Lange Via-Reihe mit Einspeisung von einem Ende | Die erste Hülse kann einen kürzeren Zuleitungspfad haben | Leiterbahn-/Kupferfüllungswiderstand zu jedem Via |
| Schmaler Padanschluss oder Wärmefalle | Anschlusskupfer kann den Übergang dominieren | Stegbreite, Steganzahl und Kupferanschluss |
| Dichte, heiße Via-Gruppe | Die Hülsen teilen dieselbe thermische Umgebung | Temperatur bei gleichzeitigen Lasten |
| Unterschiedliche Lochgrößen oder Metallisierung | Die Widerstände sind ungleich | Minimaler fertiger Aufbau und Prozessstreuung |
| Schnelle Schaltflanken | Induktivität beeinflusst die transiente Stromverteilung | Rückstrompfad und gesamte Schaltschleife |
Platzieren Sie Vias dort, wo das Kupfer sie wirksam speisen kann. Mehr Vias hinter einer schmalen Engstelle beseitigen diese Engstelle nicht. Vergleichen Sie die Via-Gruppe mit dem Rechner für Leiterbahnbreite und Strom und bewerten Sie schnelle Übergänge mit dem Via-Induktivitätsrechner.
Was sollten Sie vor der Bestellung verifizieren?
Dokumentieren Sie minimale fertige Lochgröße, minimales Lochwandkupfer, stromführende Hülsenlänge, Via-Anzahl, Anschlussgeometrie, lokale Umgebungstemperatur und Lastfall. Vereinbaren Sie die relevante Fertigungsinspektion mit dem Lieferanten. Messen Sie am Prototyp den Spannungsabfall des Übergangs an definierten Punkten und prüfen Sie die stabilisierte Temperatur im bestückten Gehäuse.
Die Kupfer-Referenzpublikationen der Copper Development Association liefern Hintergrund zu Materialeigenschaften. TI TIDUCS7, Gleichung 7 dokumentiert den älteren Leiterbahnkoeffizientensatz; es ist keine Norm für Via-Nennströme. Der Anwendungsbereich von IPC-2152 behandelt Leiterdimensionierung und thermischen Kontext.
Häufige Fragen
Wie viel Strom kann ein Via mit 0.3 mm tragen?
Der fertige Lochdurchmesser allein genügt nicht. Sie benötigen außerdem Lochwandkupfer, Hülsenlänge, Anschlussgeometrie, thermische Bedingungen und zulässige Erwärmung. Das Rechenbeispiel ergibt 1.14435 mΩ bei angenommenen 35°C; seine heuristischen Stromwerte sind Vergleichsergebnisse, keine qualifizierten Stromgrenzen.
Tragen vier Vias genau den vierfachen Strom?
Nur eine ideale Summe identischer unabhängiger Schätzungen skaliert so. Bei gleicher Gleichstromaufteilung beträgt der Hülsenwiderstand ein Viertel; die tatsächliche Strombelastbarkeit hängt jedoch auch vom Anschlusskupfer und der gemeinsamen Erwärmung ab.
Ist 1 oz Kupfer dasselbe wie 25 µm Via-Metallisierung?
Nein. Das Kupfergewicht beschreibt normalerweise eine flächige Folie oder den Aufbau einer fertigen Lage. Spezifizieren Sie das minimale Lochwandkupfer separat.
Beseitigt das Füllen eines Vias dessen Kupferwiderstand?
Nein. Nichtleitende Füllung schafft keinen gleichwertigen parallelen Kupferpfad. Eine andere metallisierte Konstruktion benötigt ein Modell und eine Prozessspezifikation, die ihre tatsächliche Geometrie abbilden.
Vergleichen Sie Ihre Via-Geometrie im Rechner und fordern Sie anschließend ein PCB-Angebot an, dem Sie die Anforderungen an fertige Bohrung und Metallisierung beilegen.