Erhöht eine zusätzliche thermische Entlastung der Leiterplatte den elektrischen Widerstand?

Ich fange gerade erst mit dem PCB-Design an (zum Spaß) und bin auf diesen Begriff namens Thermal Relief gestoßen. Es erhöht den Wärmewiderstand, so dass die Bauteile leicht gelötet werden können. Aber nach dem, was ich gelernt habe, sind thermischer und elektrischer Widerstand immer miteinander verbunden. Erhöht die thermische Entlastung in irgendeiner Weise auch den elektrischen Widerstand? Wenn nicht, was ist der Fehler, den ich mache? Das mag albern klingen, aber ich kann es nicht aus meinem Kopf bekommen.

pcb resistance

— user2578666
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Die vier Spuren sind mindestens so groß wie eine normale Spur. Sie erhalten einfach nicht die vollständige 360-Grad-Verbindung zum Boden oder zum Motorflugzeug. Aber wenn es kein solches Flugzeug gäbe, hätte man nur eine dünne Spur. Das thermische Relief wird verwendet, weil die Wärmeleitfähigkeit so gut ist, dass es schwierig ist, das Pad zu löten. Das bedeutet auch, dass die elektrische Leitfähigkeit lächerlich gut ist; mehr als Sie normalerweise brauchen.

— Kaz

Eine interessantere Frage könnte sein, ob es genügend Induktivität hinzufügt , um in Hochgeschwindigkeitsanwendungen signifikant zu sein.

— Chris Stratton

"thermischer und elektrischer Widerstand sind immer verbunden" Nicht unbedingt: Diamant ist ein elektrischer Isolator und der beste bekannte feste Wärmeleiter.

— Endolith

Antworten:

Ein thermisches Reliefpad ist im Wesentlichen ein Pad, das weniger Kupferverbindungen zu einer Ebene (z. B. einer Masseebene) aufweist.

Ein normales Pad würde einfach in alle Richtungen angeschlossen, wobei die Lötmaske den zu lötenden Bereich freilegt. Die Kupferebene dient dann jedoch als riesiger Kühlkörper, der das Löten erschweren kann, da Sie das Eisen länger auf dem Pad halten müssen und die Gefahr besteht, dass das Bauteil beschädigt wird.

Indem Sie die Kupferverbindungen reduzieren, begrenzen Sie die Wärmeübertragung auf das Flugzeug. Daraus folgt natürlich, dass Sie bei reduzierten Kupferleitungswegen auch einen höheren elektrischen Widerstand haben. Die Widerstandserhöhung ist im Vergleich zur Abnahme der Wärmeleitfähigkeit marginal.

Dies sollte kein Problem sein, es sei denn, das Pad führt einen hohen Strom, sodass die vier Leiterbahnen (auf einem Standard-Thermorelief) zusammen nicht ausreichen, um den Strom zu führen. oder wenn es sich um Hochfrequenzsignale handelt, bei denen die thermische Entlastung eine unerwünschte Induktivität verursachen kann.

Nur um ein Bild auf normalen oder thermischen Relief-Pads zu zeigen:

Normal gegen Thermal Relief PCB Pad

Das Pad auf der linken Seite ist in alle Richtungen mit der Kupferebene (grün) verbunden, wohingegen auf dem Pad auf der rechten Seite Kupfer weggeätzt wurde, so dass nur vier "Spuren" es mit der Ebene verbinden.

Nur zum Spaß habe ich einen Spurwiderstandsrechner verwendet , um den tatsächlichen Unterschied des elektrischen Widerstands abzuschätzen.

Betrachten Sie das Wärmeleitpad. Wenn wir davon ausgehen, dass die vier "Spuren" 10 mil breit (0,010 ") und ungefähr 10 mil lang vom Pad bis zur Ebene sind, hat jede von ihnen einen Widerstand von ungefähr 486 μΩ.

Die vier parallelen "Widerstände" ergeben einen Gesamtwiderstand von:

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

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

Wenn wir einen durch das thermische Relief geschaffenen leeren Raum auf das Äquivalent von drei solchen Spuren schätzen, erhalten wir insgesamt 16:

R_{t Ö t ein l} = \frac{486 μ Ω}{16} = 30,375 μ Ω

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

$0.0001215$ $0.000030375$

Die thermischen Eigenschaften sind dagegen deutlich unterschiedlich. Ich kenne die Wärmeleitfähigkeitsformeln nicht sehr gut, daher werde ich nicht versuchen, sie zu berechnen. Aber ich kann Ihnen aus Erfahrung sagen, dass das Löten eines gegen das andere sehr auffällig ist.

_{Werte berechnet unter der Annahme einer 1 oz Kupferschicht.}

— JYelton
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Das macht da. Der elektrische Widerstand erhöht sich ebenfalls, aber der Anstieg ist im Vergleich zum thermischen Widerstand nicht so signifikant

— user2578666

Bei thermischen Berechnungen kann, obwohl nicht genau, meist davon ausgegangen werden, dass die Änderung des Wärmewiderstands proportional zur Änderung des elektrischen Widerstands ist. Ihre 4-fache Widerstandserhöhung (die, wie Sie sagten, immer noch nur eine schrittweise Erhöhung ist) bringt Sie also in die Größenordnung von 4-facher "einfacherer" Lötung. Die thermischen Gleichungen sind den elektrischen auffallend ähnlich.

— scld

Diese Antwort ist WIRKLICH gut, aber Sie sollten sich diese Antwort mit einer ähnlichen Frage befassen , die sehr viel Sinn macht. Es hängt also im Grunde davon ab, ob Ihr Board von Hand gelötet wird (dann setzen Sie ein thermisches Relief ein) oder in den Ofen (dann) Sie setzen keine thermische Entlastung).

— JAMS88

+1, tolle Antwort. Stimmt es, dass für ein Durchgangslochfeld nur auf ebenen Schichten (PWR und GND) ein thermisches Relieffeld erforderlich ist ? Auf Signalebenen (unten und oben) ist kein Wärmeleitpad erforderlich, nicht wahr? 10x.

— Sergei Gorbikov

@Segei Ja, eine Signalschicht, bei der das Pad mit einer Leiterbahn und nicht mit einer Ebene verbunden ist, sollte kein thermisches Relief benötigen. Wenn die Ablaufverfolgung groß ist, kann es Ausnahmen geben.

— JYelton

Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung von Thermik besteht darin, dass Sie eine Komponente zum Austausch oder aus anderen Gründen von einer Leiterplatte entfernen müssen. Es ist weitaus schwieriger, eine Elektrode zu entlöten, die an ein Pad gelötet ist, das kein thermisches Relief aufweist, jedoch an eine Ebene gebunden oder eingegossen ist. Jede Person, die eine von Ihnen entworfene Platine überarbeitet, wird es zu schätzen wissen, dass Sie mit Thermik umgegangen sind. In der HF - Arbeit ist die Induktivität der thermischen Speichen vernachlässigbar, bis Sie Frequenzen erreichen, die wirklich hoch sind, 10 s Gigahertz oder besser, wo deutlich unterschiedliche Methoden zum Anschließen von Dingen verwendet werden und Durchkontaktierungen meist zum Zusammenbinden von Masseebenen verwendet werden (beabstandet) weniger als eine Wellenlänge der Frequenz, die zu erwarten ist, entfernt und rund um den Umfang der Ebene zusammengefügt (oder gegossen), um keine Signale durchzuleiten. (Sie können immer Ausnahmen zu jeder "Regel" finden, wenn Sie versuchen,

— Don McCallum
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Es gibt Ausnahmen zu jeder Regel. Gute Frage. Gute Antworten oben. Ich benutze im Allgemeinen "Direktverbindungen" für Via und Pads zu Flugzeugen. Es sei denn, es gibt eine Durchgangsbohrung, die gelötet werden muss. Verwenden Sie für Durchgangsbohrungskomponenten wie Steckverbinder, Widerstände, Kondensatoren usw., wenn sie mit einer Ebene verbunden sind, ein thermisches Relief. Beachten Sie, dass eine große Spur zu einer "thermischen Ebene" werden kann. Bei SMT-Bauteilen verwende ich "Direktverbindungen", da die Platine vermutlich mit Reflow in einem Ofen zusammengebaut wird. Der Ofen regelt die Temperatur der gesamten Platte, so dass eine thermische Entlastung die Montage nicht erleichtert. Ich empfehle aus Gründen der Zuverlässigkeit keine Handmontage von SMT. Es ist relativ einfach, einen Kondensator mit der Hand zu knacken, indem man ihn lötet. Auch für geschulte Monteure. Reparaturen sind zweitrangig. Meistens wird das Brett verschrottet. Oder sollte sein.

— Tim F
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