Czy dodanie ulgi termicznej na płytce drukowanej zwiększa oporność elektryczną?

Właśnie zaczynałem projektować PCB (dla zabawy) i natknąłem się na ten termin zwany ulgą termiczną. Zwiększa odporność termiczną, dzięki czemu elementy można łatwo lutować. Ale zgodnie z tym, czego się nauczyłem, opór cieplny i elektryczny są zawsze połączone. Czy ulga termiczna w jakikolwiek sposób zwiększa również oporność elektryczną? Jeśli nie, jaki popełniam błąd? Może to zabrzmieć głupio, ale nie mogę tego wyrzucić z głowy.

pcb resistance użytkownik2578666
źródło

Cztery ślady są co najmniej duże jak zwykły ślad. Po prostu nie uzyskujesz pełnego połączenia 360 stopni z ziemią lub płaszczyzną energetyczną. Ale gdyby nie było takiego samolotu, miałby tylko cienki ślad. Zastosowano ulgę termiczną, ponieważ przewodnictwo ciepła jest tak dobre, że trudno jest lutować podkładkę. Oznacza to również, że przewodnictwo elektryczne jest absurdalnie dobre; więcej niż zwykle potrzebujesz.

Kaz

Bardziej interesującym pytaniem może być to, czy doda wystarczającą indukcyjność, aby była znacząca w zastosowaniach o dużej prędkości.

Chris Stratton,

„oporność cieplna i elektryczna są zawsze połączone” Niekoniecznie: Diament jest izolatorem elektrycznym i najlepszym znanym stałym przewodnikiem cieplnym.

endolith

Odpowiedzi:

Podkładka termiczna jest zasadniczo podkładką, która ma mniej połączeń miedzi z płaszczyzną (taką jak płaszczyzna uziemienia).

Normalna podkładka byłaby po prostu podłączona we wszystkich kierunkach, a maska lutownicza odsłaniałaby obszar do lutowania. Jednak miedziana płaszczyzna służy wtedy jako gigantyczny radiator, który może utrudniać lutowanie, ponieważ wymaga dłuższego trzymania żelazka na podkładce i ryzyka uszkodzenia elementu.

Zmniejszając połączenia miedziane, ograniczasz ilość przenoszenia ciepła do płaszczyzny. Wynika z tego oczywiście, że przy zmniejszonych ścieżkach przewodzenia miedzi masz również większy opór elektryczny. Wzrost rezystancji jest marginalny w porównaniu do zmniejszenia przewodności cieplnej.

Nie powinno to stanowić problemu, chyba że podkładka przewodzi wysoki prąd, tak że cztery ślady (na standardowym odciążeniu termicznym) razem są niewystarczające do przeniesienia prądu; lub jeśli dotyczy sygnałów o wysokiej częstotliwości, w których ulga termiczna może powodować niepożądaną indukcyjność.

Aby pokazać obraz na podkładkach normalnych i termicznych:

Płytka drukowana normalna vs termiczna

Podkładka po lewej stronie jest połączona z płaszczyzną miedzi (zieloną) we wszystkich kierunkach, natomiast podkładka po prawej stronie ma wytrawioną miedź tak, że tylko cztery „ślady” łączą ją z płaszczyzną.

Dla zabawy użyłem kalkulatora rezystancji śladowej, aby oszacować różnicę rezystancji elektrycznej.

Rozważ podkładkę termiczną. Jeśli założymy, że cztery „ślady” mają szerokość 10 mil (0,010) i długość około 10 mil od pada do płaszczyzny, wówczas każdy z nich ma rezystancję około 486 μΩ.

Cztery równoległe „rezystory” dałyby nam całkowity opór:

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

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

Jeśli przybliżymy jedną pustą przestrzeń utworzoną przez ulgę termiczną, aby miała równowartość około trzech takich śladów, dając nam w sumie 16:

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

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

$0.0001215$ $0.000030375$

Z drugiej strony właściwości termiczne są znacząco różne. Nie znam zbyt dobrze wzorów przewodnictwa cieplnego, więc nie będę próbował tego obliczyć. Mogę jednak powiedzieć z doświadczenia, że lutowanie jednego kontra drugiego jest bardzo zauważalne.

_{Wartości obliczone przy założeniu warstwy miedzi 1 uncji.}

JYelton
źródło

Od tego czasu. Jego opór elektryczny również rośnie, ale wzrost nie jest tak znaczący w porównaniu do oporu cieplnego

2578666

W przypadku obliczeń termicznych, choć nie są one precyzyjne, można w większości założyć, że zmiana oporu cieplnego jest proporcjonalna do zmiany oporu elektrycznego. Tak więc, twój 4x wzrost oporu (który, jak powiedziałeś, jest tylko przyrostowym wzrostem) sprawia, że jesteś w kolejności 4x „łatwiejszego” lutowania. Równania termiczne są uderzająco podobne do równań elektrycznych.

scld

Ta odpowiedź jest NAPRAWDĘ dobra, ale powinieneś spojrzeć na tę odpowiedź na podobne pytanie, które ma sens, więc w zasadzie zależy, czy twoja deska będzie lutowana ręcznie (następnie umieścisz ulgę termiczną) czy w piekarniku (wtedy nie stawiasz ulgi termicznej).

JAMS88,

+1, świetna odpowiedź. Czy to prawda, że dla podkładki z otworem przelotowym podkładki termiczne są potrzebne tylko na płaskich warstwach (PWR i GND)? Na warstwach sygnałowych (dolnej i górnej) nie ma potrzeby stosowania podkładki termicznej, prawda? 10x

Siergiej Gorbikow,

@Segei Tak, warstwa sygnału, w której pad łączy się ze śladem, a nie z płaszczyzną, nie powinna potrzebować zabezpieczenia termicznego. Jeśli ślad jest duży, mogą występować wyjątki.

JYelton,

Dodatkową zaletą korzystania z termiki jest konieczność usunięcia elementu z płytki drukowanej w celu wymiany lub z innych powodów. Znacznie trudniej jest wylutować ołów, który jest przylutowany do podkładki, która nie ma zabezpieczenia termicznego, ale jest przywiązana do samolotu lub wylewa. Każda osoba, która przerabia deskę, którą zaprojektowałeś, z pewnością doceni twoją ostrożność w stosowaniu termiki. W pracach RF indukcyjność szprych termicznych będzie znikoma, dopóki nie dojdzie się do tak naprawdę wysokich częstotliwości, 10 s Gigaherca lub lepszych, gdzie stosuje się wyraźnie różne metody łączenia rzeczy i przelotki służą głównie do wiązania płaszczyzn podłoża (w odstępach mniejsza niż jedna długość fali oczekiwanej od siebie częstotliwości i zszyta na całym obwodzie samolotu lub przelana), aby nie kierować sygnałów. (Zawsze możesz znaleźć wyjątki od dowolnej „reguły”, jeśli spróbujesz,

Don McCallum
źródło

Istnieją wyjątki od każdej reguły. Dobre pytanie. Dobre odpowiedzi powyżej. Zazwyczaj używam „bezpośrednich połączeń” dla przelotów i padów do samolotów. Z wyjątkiem sytuacji, gdy istnieje element przelotowy, który należy przylutować. Dlatego w przypadku elementów przelotowych, takich jak złącza, rezystory, kondensatory itp., Jeśli łączą się one z płaszczyzną, należy zastosować ulgę termiczną. Zauważ, że duży ślad może stać się „płaszczyzną cieplną”. W przypadku elementów SMT używam „bezpośrednich połączeń”, ponieważ, jak zakładam, płyta jest montowana z rozpływem w piecu. Piekarnik kontroluje temperaturę całej płyty, więc ulga termiczna nie pomaga w montażu. Nie polecam ręcznego montażu SMT ze względów niezawodności. Stosunkowo łatwo jest złamać lutowaną rękę kondensatora. Nawet dla wyszkolonych monterów. Naprawianie jest kwestią drugorzędną. Najczęściej deska jest złomowana. A może powinno być.

Tim F.
źródło