¿Aumentar el alivio térmico en la placa de circuito impreso aumenta la resistencia eléctrica?

Question

Me estoy iniciando en el diseño de placas de circuito impreso (por diversión) y me encontré con 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 la eléctrica están siempre conectadas. Entonces, ¿el alivio térmico aumenta de alguna manera la resistencia eléctrica también? Si no es así, ¿cuál es el error que estoy cometiendo? Esto puede parecer una tontería pero no me lo puedo quitar de la cabeza.

Answer 1

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

Un pad 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 se mantenga el hierro en la almohadilla durante más tiempo y se corre el riesgo de dañar el componente.

Al reducir las conexiones de cobre, se limita la cantidad de transmisión de calor al plano. Por supuesto, al reducir las vías de conducción del cobre, también se obtiene una mayor resistencia eléctrica. El aumento de la resistencia es marginal en comparación con la reducción de la conductividad térmica.

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

Sólo para mostrar una imagen de las almohadillas normales frente a las de alivio 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 eliminado el cobre de forma que sólo cuatro "trazas" la conectan al plano.

---

Sólo por diversión, he utilizado un calculadora de resistencia de trazado para estimar cuál podría ser la diferencia de resistencia eléctrica.

Considere la almohadilla de alivio térmico. Si suponemos que las cuatro "trazas" tienen una anchura de 10 mil (0,010") y una longitud de aproximadamente 10 mil desde la almohadilla hasta el plano, entonces cada una de ellas tiene una resistencia de unos 486μΩ.

Los cuatro "resistencias" en paralelo nos daría una resistencia total de :

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

Si aproximamos un espacio vacío creado por el relieve térmico para tener el equivalente de unos tres trazos de este tipo, nos da 16 en total:

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

Recuerde que estos valores son micro ohmios o \$0.0001215\$ y \$0.000030375\$ ohmios, respectivamente. Así que, según una estimación aproximada, la diferencia de resistencia eléctrica entre nuestras dos pastillas hipotéticas es de apenas 91,125μΩ.

Las propiedades térmicas, en cambio, son significativamente diferentes. No conozco muy bien las fórmulas de conductividad térmica, así que no intentaré calcularlo. Pero puedo decirte por experiencia que soldar uno frente a otro es altamente notable.

_{<em>Valores calculados suponiendo una capa de cobre de 1 onza.</em>}

Answer 2

Una ventaja adicional del uso de los térmicos es cuando se necesita retirar un componente de una placa de circuito impreso para sustituirlo o por otras razones. Es mucho más difícil desoldar un cable que está soldado a una almohadilla que no tiene alivio térmico pero que está atado a un plano o a un vertido. Cualquier persona que trabaje en una placa que usted haya diseñado apreciará su consideración por el uso de los térmicos. En el trabajo de RF, la inductancia de los radios térmicos será insignificante hasta que se llegue a frecuencias realmente altas, 10s de Gigahertz o más, donde se utilizan métodos marcadamente diferentes para conectar las cosas y las vías se utilizan principalmente para atar los planos de tierra juntos (espaciados a menos de una longitud de onda de la frecuencia esperada y cosidos alrededor de la periferia del plano o vertido) no para dirigir las señales a través de ellos. (Siempre se pueden encontrar excepciones a cualquier "regla" si se intenta, pero la última frase es generalmente cierta).

Answer 3

Toda regla tiene sus excepciones. Buena pregunta. Buenas respuestas arriba. Generalmente uso "conexiones directas" para las vías y los pads a los planos. Excepto si hay un componente de agujero pasante que necesita ser soldado. Así que para los componentes con orificios pasantes como conectores, resistencias, condensadores, etc., si se conectan a un plano, utilice un alivio térmico. Tenga en cuenta que una traza grande puede convertirse en un "plano térmico". Para los componentes SMT, utilizo "conexiones directas" porque, supongo, la placa se está montando con reflujo en un horno. El horno controla la temperatura de toda la placa, por lo que un alivio térmico no ayuda al montaje. No recomiendo el montaje manual de SMT por razones de fiabilidad. Es relativamente fácil romper un condensador soldándolo a mano. Incluso para los ensambladores entrenados. La reparación es una preocupación secundaria. La mayoría de las veces la placa es desechada. O debería serlo.