การเพิ่มตัวระบายความร้อนบน PCB เพิ่มความต้านทานไฟฟ้าหรือไม่?

ฉันเพิ่งเริ่มต้นกับการออกแบบ PCB (เพื่อความสนุก) และเจอกับคำศัพท์นี้ที่เรียกว่า มันเพิ่มความต้านทานความร้อนเพื่อให้ส่วนประกอบสามารถบัดกรีได้ง่าย แต่จากสิ่งที่ฉันได้เรียนรู้ความต้านทานความร้อนและไฟฟ้าเชื่อมต่ออยู่เสมอ ดังนั้นการระบายความร้อนจึงช่วยเพิ่มความต้านทานไฟฟ้าได้หรือไม่? ถ้าไม่ฉันทำผิดอะไร นี่อาจฟังดูงี่เง่า แต่ฉันไม่สามารถละทิ้งมันได้

pcb resistance

— user2578666
แหล่งที่มา

ร่องรอยทั้งสี่นั้นใหญ่อย่างน้อยก็เป็นร่องรอยธรรมดา คุณไม่ได้รับการเชื่อมต่อแบบ 360 องศาเต็มรูปแบบกับพื้นหรือระนาบพลังงาน แต่ถ้าไม่มีเครื่องบินคุณจะมีร่องรอยบาง ๆ การระบายความร้อนถูกนำมาใช้เนื่องจากการนำความร้อนนั้นดีมากจนยากที่จะบัดกรีแผ่น นั่นก็หมายความว่าการนำไฟฟ้าเป็นสิ่งที่ดีอย่างน่าขัน มากกว่าที่คุณต้องการ

— Kaz

คำถามที่น่าสนใจกว่านี้ก็คือถ้ามันเพิ่มการเหนี่ยวนำเพียงพอที่จะมีความสำคัญในการใช้งานความเร็วสูง

— Chris Stratton

"ความต้านทานความร้อนและไฟฟ้าเชื่อมต่ออยู่เสมอ" ไม่จำเป็น: เพชรเป็นฉนวนไฟฟ้าและตัวนำความร้อนที่ดีที่สุดที่รู้จักกัน

— endolith

คำตอบ:

แผ่นระบายความร้อนนั้นเป็นแผ่นที่มีการเชื่อมต่อทองแดงน้อยลงกับเครื่องบิน (เช่นเครื่องบินภาคพื้นดิน)

แผ่นปกติจะเชื่อมต่อกันในทุกทิศทางโดยมีหน้ากากประสานเปิดเผยพื้นที่ที่จะทำการบัดกรี อย่างไรก็ตามระนาบทองแดงนั้นทำหน้าที่เป็นฮีทซิงค์ยักษ์ซึ่งสามารถทำการบัดกรีได้ยากเนื่องจากมันต้องการให้คุณเก็บเตารีดไว้บนแผ่นให้นานขึ้นและเสี่ยงต่อการทำลายส่วนประกอบ

ด้วยการลดการเชื่อมต่อทองแดงคุณจะ จำกัด ปริมาณการส่งผ่านความร้อนไปยังระนาบ แน่นอนว่าด้วยการนำทองแดงที่ลดลงคุณก็จะมีความต้านทานไฟฟ้ามากขึ้น การเพิ่มขึ้นของความต้านทานอยู่ที่ขอบเมื่อเทียบกับการลดลงของการนำความร้อน

สิ่งนี้ไม่ควรเป็นข้อกังวลหากแผ่นอิเล็กโทรดมีกระแสไฟฟ้าสูงเช่นกันซึ่งร่องรอยทั้งสี่ (ในการระบายความร้อนมาตรฐาน) ด้วยกันนั้นไม่เพียงพอที่จะนำกระแส หรือหากเป็นสัญญาณความถี่สูงซึ่งการระบายความร้อนอาจทำให้เกิดการเหนี่ยวนำที่ไม่พึงประสงค์

เพียงเพื่อแสดงภาพบนแผ่นระบายความร้อนปกติเทียบกับ:

แผ่นระบายความร้อนปกติเทียบกับ PCB

แผ่นด้านซ้ายเชื่อมต่อกับระนาบทองแดง (สีเขียว) ในทุกทิศทางในขณะที่แผ่นทางด้านขวามีการแกะสลักทองแดงออกไปซึ่งมีเพียง "ร่องรอย" สี่อันเท่านั้นที่เชื่อมต่อกับระนาบ

เพียงเพื่อความสนุกฉันใช้เครื่องคำนวณความต้านทานร่องรอยเพื่อประเมินความแตกต่างของความต้านทานไฟฟ้าที่แท้จริง

พิจารณาแผ่นระบายความร้อน หากเราสันนิษฐานว่า "ร่องรอย" ทั้งสี่นั้นมีความกว้าง 10 ล้าน (0.010 ") และมีความยาวประมาณ 10 ล้านแผ่นจากระนาบไปจนถึงระนาบพวกเขาแต่ละคนจะมีความต้านทานประมาณ486μΩ

"ตัวต้านทาน"สี่ตัวในแบบขนานจะให้ความต้านทานรวมกับ:

R_{เสื้อ โอ เสื้อ a ล.} = \frac{1}{\frac{1}{486 μ Ω} \cdot 4} = \frac{486 μ Ω}{4} = 121.5 μ Ω

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

หากเราประมาณพื้นที่ว่างหนึ่งที่สร้างขึ้นโดยตัวระบายความร้อนให้มีค่าประมาณสามร่องรอยดังกล่าวให้เราทั้งหมด 16:

R_{เสื้อ โอ เสื้อ a ล.} = \frac{486 μ Ω}{16} = 30.375 μ Ω

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

$0.0001215$ $0.000030375$

ในทางตรงกันข้ามคุณสมบัติทางความร้อนนั้นแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ฉันไม่รู้สูตรการนำความร้อนได้ดีมากดังนั้นฉันจะไม่ลองคำนวณมัน แต่ฉันสามารถบอกคุณได้จากประสบการณ์ว่าการบัดกรีอย่างใดอย่างหนึ่งเมื่อเทียบกับที่อื่น ๆอย่างเห็นได้ชัด

_{ค่าที่คำนวณได้นั้นสมมติว่าเป็นชั้นทองแดง 1 ออนซ์}

— JYelton
แหล่งที่มา

นั่นทำให้ตั้งแต่ ความต้านทานทางไฟฟ้านั้นเพิ่มขึ้น แต่การเพิ่มขึ้นนั้นไม่สำคัญเมื่อเทียบกับความต้านทานความร้อน

— 2578666

สำหรับการคำนวณทางความร้อนถึงแม้จะไม่แม่นยำ แต่คุณสามารถสันนิษฐานได้ว่าการเปลี่ยนแปลงความต้านทานความร้อนส่วนใหญ่เป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานไฟฟ้า ดังนั้นการเพิ่มความต้านทาน 4x ของคุณ (ซึ่งตามที่คุณพูดยังคงเป็นการเพิ่มขึ้นแบบเพิ่ม) ทำให้คุณได้รับการบัดกรี 4x "ง่ายขึ้น" สมการเชิงความร้อนนั้นมีความคล้ายคลึงกับไฟฟ้า

— scld

คำตอบนี้เป็นสิ่งที่ดีจริงๆ แต่คุณควรให้คำตอบสำหรับคำถามที่คล้ายกันที่ทำให้รู้สึกมากดังนั้นโดยทั่วไปแล้วขึ้นอยู่กับว่าคณะกรรมการของคุณจะบัดกรีด้วยมือ (จากนั้นให้คุณคลายความร้อน) หรือในเตาอบ คุณไม่ได้ระบายความร้อน)

— JAMS88

+1, คำตอบที่ยอดเยี่ยม มันเป็นความจริงว่าสำหรับผ่านแผ่นหลุมแผ่นบรรเทาความร้อนเป็นสิ่งที่จำเป็นเท่านั้นบนชั้นเครื่องบิน (PWR และ GND)? บนเลเยอร์สัญญาณ (ด้านล่างและด้านบน) ไม่จำเป็นต้องมีแผ่นระบายความร้อนใช่ไหม? 10x

— Sergei Gorbikov

@Segei ใช่ชั้นสัญญาณที่แผ่นอิเล็กโทรดเชื่อมต่อกับร่องรอยแทนที่จะเป็นระนาบไม่ควรต้องการการระบายความร้อน หากการติดตามมีขนาดใหญ่อาจมีข้อยกเว้น

— JYelton

ประโยชน์เพิ่มเติมสำหรับการใช้งานเทอร์มัลคือเมื่อคุณต้องการถอดส่วนประกอบออกจาก PCB เพื่อทดแทนหรือด้วยเหตุผลอื่น มันยากกว่าที่จะจัดการกับสารตะกั่วที่ถูกบัดกรีไปยังแผ่นที่ไม่มีการระบายความร้อน แต่ถูกผูกไว้กับระนาบหรือเท บุคคลใดก็ตามที่นำบอร์ดที่คุณออกแบบขึ้นมาใหม่จะต้องชื่นชอบในการใช้ความร้อน ในงาน RF การเหนี่ยวนำของซี่ความร้อนจะไม่สำคัญจนกว่าคุณจะได้ความถี่ที่สูงมาก, 10 วินาทีของ Gigahertz หรือดีกว่าซึ่งมีการใช้วิธีการต่าง ๆ ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนในการเชื่อมต่อและส่วนใหญ่จะใช้ vias คาดว่าจะมีความยาวคลื่นน้อยกว่าหนึ่งความยาวคลื่นและเย็บรอบ ๆ ขอบระนาบหรือเท) ไม่ให้ส่งสัญญาณผ่าน (คุณสามารถค้นหาข้อยกเว้นสำหรับ "กฎ" ใด ๆ ได้เสมอหากคุณลอง

— ดอนคอลลัม
แหล่งที่มา

มีข้อยกเว้นสำหรับทุกกฎ คำถามที่ดี. คำตอบที่ดีข้างต้น ฉันมักจะใช้ "การเชื่อมต่อโดยตรง" สำหรับผ่านและแผ่นรองกับเครื่องบิน ยกเว้นในกรณีที่มีส่วนประกอบของรูที่ต้องทำการบัดกรี ดังนั้นสำหรับส่วนประกอบของรูเช่นขั้วต่อตัวต้านทานตัวเก็บประจุและอื่น ๆ หากพวกเขาเชื่อมต่อกับเครื่องบินให้ใช้ตัวระบายความร้อน หมายเหตุร่องรอยขนาดใหญ่อาจกลายเป็น "ระนาบความร้อน" สำหรับส่วนประกอบ SMT ฉันใช้ "การเชื่อมต่อโดยตรง" เพราะฉันคิดว่าบอร์ดกำลังประกอบกับการรีโฟลว์ในเตาอบ เตาอบควบคุมอุณหภูมิของบอร์ดทั้งหมดดังนั้นการระบายความร้อนจึงไม่ช่วยในการประกอบ ฉันไม่แนะนำการประกอบมือของ SMT ด้วยเหตุผลด้านความน่าเชื่อถือ มันค่อนข้างง่ายที่จะแตกมือตัวเก็บประจุบัดกรีมัน แม้กระทั่งสำหรับแอสเซมบลีที่ผ่านการฝึกอบรม การซ่อมเป็นเรื่องรอง คณะกรรมการส่วนใหญ่มักจะถูกทิ้ง หรือควรจะเป็น

— ทิม
แหล่งที่มา