¿Agregar alivio térmico en PCB aumenta la resistencia eléctrica?

Recién estoy comenzando con el diseño de PCB (por diversión) y encontré este término llamado alivio térmico. Aumenta la resistencia térmica para que los componentes se puedan soldar fácilmente. Pero según lo que he aprendido, la resistencia térmica y eléctrica siempre están conectadas. Entonces, ¿el alivio térmico de alguna manera aumenta la resistencia eléctrica también? Si no, ¿cuál es el error que estoy cometiendo? Esto puede sonar tonto, pero no puedo sacarlo de mi mente.

pcb resistance

— usuario2578666
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Los cuatro rastros son al menos grandes como un rastro ordinario. Simplemente no está obteniendo la conexión completa de 360 grados al suelo o al avión de energía. Pero si no hubiera tal plano, solo tendrías un rastro delgado. El alivio térmico se usa porque la conductancia del calor es tan buena que es difícil soldar la almohadilla. Eso también significa que la conductividad eléctrica es ridículamente buena; más de lo que normalmente necesitas.

— Kaz

Una pregunta más interesante podría ser si agrega suficiente inductancia para ser significativa en aplicaciones de alta velocidad.

— Chris Stratton

"La resistencia térmica y eléctrica siempre están conectadas" No necesariamente: el diamante es un aislante eléctrico y el mejor conductor térmico sólido conocido.

— Endolith

Respuestas:

Una almohadilla de alivio térmico es esencialmente una almohadilla que tiene menos conexiones de cobre a un plano (como un plano de tierra).

Una almohadilla normal simplemente se conectaría en todas las direcciones, con la máscara de soldadura exponiendo el área a soldar. Sin embargo, el plano de cobre sirve como un disipador de calor gigante que puede dificultar la soldadura, ya que requiere que mantenga el hierro en la almohadilla por más tiempo y se arriesgue a dañar el componente.

Al reducir las conexiones de cobre, limita la cantidad de transmisión de calor al avión. Por supuesto, se deduce que con rutas de conducción de cobre reducidas, también tiene una mayor resistencia eléctrica. El aumento de la resistencia es marginal en comparación con la reducción de la conductividad térmica.

Esto no debería ser una preocupación a menos que la almohadilla esté transportando una corriente alta tal que las cuatro trazas (en un alivio térmico estándar) juntas no sean suficientes para transportar la corriente; o si es para señales de alta frecuencia donde el alivio térmico puede causar inductancia no deseada.

Solo para mostrar una imagen en las almohadillas de alivio normales vs térmicas:

Almohadilla de PCB de alivio normal vs térmico

La almohadilla de la izquierda está conectada al plano de cobre (verde) en todas las direcciones, mientras que a la almohadilla de la derecha se le ha grabado el cobre de tal manera que solo cuatro "trazas" lo conectan al avión.

Solo por diversión, utilicé una calculadora de resistencia de rastreo para estimar cuál podría ser realmente la diferencia de resistencia eléctrica.

Considere la almohadilla de alivio térmico. Si suponemos que las cuatro "huellas" tienen 10 mil de ancho (0.010 ") y aproximadamente 10 mil de largo desde la plataforma hasta el plano, entonces cada una de ellas tiene una resistencia de aproximadamente 486 μΩ.

Las cuatro "resistencias" en paralelo nos darían una resistencia total de:

R_{t o t un l} = \frac{1}{\frac{1}{486 μ Ω} \cdot 4 4} = \frac{486 μ Ω}{4 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 aproximamos un espacio vacío creado por el alivio térmico para tener el equivalente de aproximadamente tres de estos rastros, lo que nos da 16 en total:

R_{t o t un l} = \frac{486 μ Ω}{dieciséis} = 30,375 μ Ω

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

$0.0001215$ $0.000030375$

Las propiedades térmicas, por otro lado, son significativamente diferentes. No conozco muy bien las fórmulas de conductividad térmica, así que no intentaré calcularlo. Pero puedo decirle por experiencia que soldar uno contra el otro es muy notable.

_{Valores calculados suponiendo una capa de cobre de 1 oz.}

— JYelton
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Eso hace desde entonces. Es que la resistencia eléctrica también aumenta, pero el aumento no es tan significativo en comparación con la resistencia térmica

— usuario 2578666

Para los cálculos térmicos, aunque no sean precisos, se puede suponer que el cambio en la resistencia térmica es proporcional al cambio en la resistencia eléctrica. Por lo tanto, su aumento de 4x en la resistencia (que, como usted dijo, sigue siendo solo un aumento incremental) lo pone en el orden de 4x soldadura "más fácil". Las ecuaciones térmicas tienen un parecido sorprendente con las eléctricas.

— scld

Esta respuesta es REALMENTE buena, pero deberías echarle un vistazo a esta respuesta a una pregunta similar que tiene mucho sentido, por lo que básicamente depende de si tu tabla se va a soldar a mano (luego pones alivio térmico) o en el horno (luego no pones alivio térmico).

— JAMS88

+1, increíble respuesta. ¿Es cierto que para una almohadilla de agujero pasante solo se necesitan almohadillas de alivio térmico en capas planas (PWR y GND)? En las capas de señal (inferior y superior) no hay necesidad de una almohadilla de alivio térmico, ¿no? 10x.

— Sergei Gorbikov

@Segei Sí, una capa de señal donde la almohadilla se conecta a una traza en lugar de un plano no debería necesitar un alivio térmico. Si la traza es grande, puede haber excepciones.

— JYelton

Un beneficio adicional del uso de las térmicas es cuando necesita quitar un componente de una PCB para reemplazarlo u otras razones. Es mucho más difícil desoldar un cable que está soldado a una almohadilla que no tiene alivio térmico pero está atado a un plano o vertido. Cualquier persona que reelabore una tabla que haya diseñado apreciará su consideración al usar térmicas. En el trabajo de RF, la inductancia de los radios térmicos será insignificante hasta que llegue a frecuencias realmente altas, 10s de Gigahertz o mejores, donde se usan métodos marcadamente diferentes para conectar las cosas y las vías se usan principalmente para unir planos de tierra (espaciados) menos de una longitud de onda de la frecuencia esperada separada y cosida alrededor de la periferia del avión o vertido) para no enrutar las señales. (Siempre puede encontrar excepciones a cualquier "regla" si lo intenta,

— Don McCallum
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Hay excepciones a cada regla. Buena pregunta. Buenas respuestas arriba. Generalmente uso "conexiones directas" para via y pads a planos. Excepto si hay un componente de agujero pasante que necesita ser soldado. Entonces, para componentes de orificio pasante como conectores, resistencias, condensadores, etc., si se conectan a un avión, use un alivio térmico. Tenga en cuenta que un gran rastro puede convertirse en un "plano térmico". Para los componentes SMT, uso "conexiones directas" porque, supongo, la placa se está ensamblando con reflujo en un horno. El horno controla la temperatura de toda la placa, por lo que un alivio térmico no ayuda en el montaje. No recomiendo el ensamblaje manual de SMT por razones de confiabilidad. Es relativamente fácil romper un condensador soldando a mano. Incluso para ensambladores entrenados. La reparación es una preocupación secundaria. Muy a menudo, el tablero se desecha. O debería ser.

— Tim F
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