L'ajout d'un relief thermique sur le PCB augmente-t-il la résistance électrique?

Je ne fais que commencer la conception de PCB (pour le plaisir) et je suis tombé sur ce terme appelé soulagement thermique. Il augmente la résistance thermique afin que les composants puissent être soudés facilement. Mais d'après ce que j'ai appris, les résistances thermique et électrique sont toujours connectées. Le relief thermique augmente-t-il également la résistance électrique? Sinon, quelle est l'erreur que je fais? Cela peut sembler idiot, mais je ne peux pas le sortir de mon esprit.

pcb resistance

— user2578666
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Les quatre traces sont au moins grandes comme une trace ordinaire. Vous n'obtenez tout simplement pas la connexion complète à 360 degrés avec le sol ou le plan d'alimentation. Mais s'il n'y avait pas un tel avion, vous n'auriez qu'une mince trace. Le relief thermique est utilisé car la conductance de la chaleur est si bonne qu'il est difficile de souder le tampon. Cela signifie également que la conductivité électrique est ridiculement bonne; plus que ce dont vous avez habituellement besoin.

— Kaz

Une question plus intéressante pourrait être de savoir si elle ajoute suffisamment d' inductance pour être significative dans les applications à haute vitesse.

— Chris Stratton

"les résistances thermique et électrique sont toujours connectées" Pas forcément: Diamond est un isolant électrique et le meilleur conducteur thermique solide connu.

— endolith

Réponses:

Un tampon de soulagement thermique est essentiellement un tampon qui a moins de connexions en cuivre avec un plan (tel qu'un plan de masse).

Un tampon normal serait simplement connecté dans toutes les directions, le masque de soudure exposant la zone à souder. Cependant, l'avion en cuivre sert alors de dissipateur thermique géant, ce qui peut rendre le soudage difficile, car il nécessite que vous gardiez le fer sur le tampon plus longtemps et risquiez d'endommager le composant.

En réduisant les connexions en cuivre, vous limitez la quantité de transmission de chaleur vers l'avion. Il s'ensuit bien sûr qu'avec des chemins de conduction cuivre réduits, vous avez également une plus grande résistance électrique. L'augmentation de la résistance est marginale par rapport à la réduction de la conductivité thermique.

Cela ne devrait pas être un problème à moins que le plot ne transporte un courant élevé de telle sorte que les quatre traces (sur un relief thermique standard) ensemble soient insuffisantes pour transporter le courant; ou s'il s'agit de signaux haute fréquence où le soulagement thermique peut provoquer une inductance indésirable.

Juste pour montrer un visuel sur les coussinets de soulagement normal vs thermique:

Tampon PCB normal contre relief thermique

Le tampon à gauche est connecté au plan de cuivre (vert) dans toutes les directions tandis que le tampon de droite a du cuivre gravé de telle sorte que seulement quatre "traces" le connectent au plan.

Juste pour le plaisir, j'ai utilisé un calculateur de résistance à la trace pour estimer la différence de résistance électrique.

Considérez le coussin de soulagement thermique. Si nous supposons que les quatre "traces" ont une largeur de 10 mil (0,010 ") et une longueur d'environ 10 mil du tampon au plan, alors chacune d'elles a une résistance d'environ 486 μΩ.

Les quatre "résistances" en parallèle nous donneraient une résistance totale de:

R_{t o t une l} = \frac{1}{\frac{1}{486 μ Ω} \cdot 4} = \frac{486 μ Ω}{4} = 121,5 μ Ω

$R_{total} = \frac{1}{\frac{1}{486\mu\Omega} \cdot 4} = \frac{486\mu\Omega}{4} = 121.5 \mu \Omega$

Si nous approchons un espace vide créé par le relief thermique pour avoir l'équivalent d'environ trois de ces traces, nous en donnant 16 au total:

R_{t o t une l} = \frac{486 μ Ω}{16} = 30,375 μ Ω

$R_{total} = \frac{486\mu\Omega}{16} = 30.375 \mu \Omega$

$0.0001215$ $0.000030375$ ohms, respectivement. Donc, selon une estimation approximative, la différence de résistance électrique entre nos deux coussinets hypothétiques n'est que de 91,125 μΩ.

Les propriétés thermiques, en revanche, sont très différentes. Je ne connais pas très bien les formules de conductivité thermique, donc je n'essaierai pas de le calculer. Mais je peux vous dire par expérience que la soudure de l'un contre l'autre est très perceptible.

_{Valeurs calculées en supposant une couche de cuivre de 1 oz.}

— JYelton
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Cela fait depuis. C'est que la résistance électrique augmente également mais l'augmentation n'est pas si importante par rapport à la résistance thermique

— user2578666

Pour les calculs thermiques, bien qu'ils ne soient pas précis, vous pouvez principalement supposer que le changement de résistance thermique est proportionnel au changement de résistance électrique. Ainsi, votre 4x augmentation de la résistance (qui, comme vous l'avez dit, n'est encore qu'une augmentation incrémentielle) vous permet de souder 4x "plus facilement". Les équations thermiques ont une ressemblance frappante avec les électriques.

— scld

Cette réponse est VRAIMENT bonne, mais vous devriez jeter un coup d'œil à cette réponse à une question similaire qui a beaucoup de sens, donc cela dépend essentiellement si votre planche va être soudée à la main (alors vous mettez du relief thermique) ou au four (puis vous ne mettez pas de relief thermique).

— JAMS88

+1, réponse impressionnante. Est-il vrai que pour un tampon traversant, les tampons de soulagement thermique ne sont nécessaires que sur les couches planes (PWR et GND)? Sur les couches de signal (en bas et en haut), il n'y a pas besoin d'un tampon de soulagement thermique, n'est-ce pas? 10x.

— Sergei Gorbikov

@Segei Oui, une couche de signal où le pad se connecte à une trace plutôt qu'à un avion ne devrait pas avoir besoin d'un relief thermique. Si la trace est grande, il peut y avoir des exceptions.

— JYelton

Un avantage supplémentaire à l'utilisation de thermiques est lorsque vous devez retirer un composant d'un PCB pour le remplacement ou pour d'autres raisons. Il est beaucoup plus difficile de dessouder un plomb qui est soudé à un tampon qui n'a pas de relief thermique mais qui est attaché à un avion ou coulé. Toute personne retravaillant une planche que vous avez conçue appréciera votre attention pour l'utilisation des thermiques. Dans les travaux RF, l'inductance des rayons thermiques sera négligeable jusqu'à ce que vous atteigniez des fréquences vraiment élevées, 10 s de Gigahertz ou mieux, où des méthodes de raccordement nettement différentes sont utilisées et des vias sont principalement utilisés pour relier les plans de sol ensemble (espacés moins d'une longueur d'onde de la fréquence attendue à part et cousue tout autour de la périphérie de l'avion ou versez) pour ne pas acheminer les signaux. (Vous pouvez toujours trouver des exceptions à toute "règle" si vous essayez,

— Don McCallum
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Il y a des exceptions à chaque règle. Bonne question. Bonnes réponses ci-dessus. J'utilise généralement des "connexions directes" pour les via et les pads pour les avions. Sauf s'il y a un composant de trou traversant qui doit être soudé. Ainsi, pour les composants de trous traversants comme les connecteurs, les résistances, les condensateurs, etc., s'ils se connectent à un plan, utilisez un relief thermique. Notez qu'une grande trace peut devenir un "plan thermique". Pour les composants SMT, j'utilise des «connexions directes» car, je suppose, la carte est assemblée avec refusion dans un four. Le four contrôle la température de toute la planche, donc un soulagement thermique ne facilite pas l'assemblage. Je ne recommande pas l'assemblage manuel de SMT pour des raisons de fiabilité. Il est relativement facile de casser un condensateur en le soudant. Même pour les monteurs formés. La réparation est une préoccupation secondaire. Le plus souvent, la planche est mise au rebut. Ou devrait l'être.

— Tim F
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