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2020.02.05 DC/DC

서멀 비아 (Thermal via)의 배치

DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃

지난번 「입력 콘덴서와 다이오드의 배치」에 이어, 이번에는 「서멀 비아의 배치」에 대해 설명하겠습니다.

서멀 비아 (Thermal via)

서멀 비아는 기판을 이용한 표면 실장 부품의 방열 효과를 향상시키는 방법으로 널리 알려져 있습니다. 구조적으로는 기판을 관통하는 구멍 (Hole)을 만들고, 1층의 양면 기판일 경우 기판 표면과 이면의 동박을 연결하여 방열에 이용하는 면적과 체적을 늘려 열 저항을 낮추는 방법입니다. 다층 기판의 경우, 여러 층간의 면을 연결하거나, 부분적으로 연결하는 층을 한정짓는 방법이 있지만, 원리는 동일합니다.

표면 실장 부품은 PCB (기판)에 실장함으로써, 열 저항을 낮추는 것을 전제로 하고 있습니다. 열 저항은 방열기의 역할을 하는 PCB 상의 동박 면적이나 두께, 또는 기판 두께나 재질에 의존합니다. 기본적으로 넓고 두껍게 하여, 전달되기 쉽도록 함으로써, 방열 효과를 향상시킵니다. 그러나, 동박의 두께는 일반적으로 표준 사양을 따르고 있으므로, 무턱대고 두껍게 할 수 없습니다. 또한, 소형화가 기본 사항으로 요구되고 있으므로, PCB의 면적을 원하는 만큼 취할 수도 없습니다. 실제로는 동박의 두께도 결코 두껍다고 할 수 없으므로, 일정 면적을 초과하게 되면 면적에 적합한 방열 효과를 얻을 수 없게 됩니다.

이러한 과제의 대응책 중 하나가 서멀 비아입니다. 서멀 비아를 효과적으로 사용하기 위해서는, 서멀 비아를 발열체에 가깝게, 예를 들어 부품의 바로 밑에 배치하는 것이 중요합니다. 하기 그림과 같이, 열의 평형성을 이용하므로, 온도차가 큰 부분을 연결하는 것이 좋은 방법입니다.

서멀 비아의 배치

그럼 구체적인 레이아웃 예를 설명하겠습니다. 하기 그림은 이면에 방열판이 노출되어 있는 타입의 패키지 HTSOP-J8의 서멀 비아 레이아웃과 치수의 예입니다.

서멀 비아는 열 전도율을 높이기 위해, 도금 충전 가능한 내경 0.3mm 정도의 작은 비아를 권장합니다. Hole의 직경이 너무 크면 리플로 솔더링 (reflow soldering) 공정에서 솔더 유입 문제가 발생할 가능성이 있으므로 주의가 필요합니다.

서멀 비아는 1.2mm 정도의 간격으로 패키지의 이면 방열판 바로 밑에 배치합니다. 만약, 이면 방열판의 바로 밑에 배치한 것만으로 방열이 부족한 경우에는, IC 주변에도 서멀 비아를 배치합니다. 이러한 경우, 되도록 IC에 가깝게 배치하는 것이 중요합니다.

서멀 비아의 배치 및 사이즈 등에 대해서는, 각 회사에 따라 노하우가 있거나, 규칙으로 정해져 있는 경우가 있을 것입니다. 이러한 경우에는, 상기 내용을 참조하여 더욱 큰 효과를 얻을 수 있도록 검토하여 주십시오.

키 포인트

・서멀 비아는 기판을 관통하는 통로 (hole)를 통해 반대면으로도 열을 전달하여 방열시키는 방법이다.

・서멀 비아는 발열체의 바로 아래에 배치하거나, 되도록 가깝게 배치한다.

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