Введение в заливку меди на печатных платах
Понимание того, как оптимизировать заливку меди, имеет решающее значение для обеспечения надежности, долговечности и производительности высокомощных схем. В этом подробном руководстве мы рассмотрим принципы отвода тепла на печатных платах и пошагово расскажем, как оптимизировать заливку меди.
Медь является отличным проводником как электричества, так и тепла. Когда вы выделяете большие многоугольные области для использования в качестве плоскостей заземления или термопрокладки, вы, по сути, создаете встроенный радиатор прямо на поверхности (или во внутренних слоях) вашей печатной платы. Однако простое бессистемное нанесение меди может привести к другим проблемам, таким как скопление кислоты, неравномерное распределение температуры при пайке или нежелательное излучение электромагнитных помех. Поэтому необходим тщательный и методичный подход.
Пошаговое руководство по оптимизации заливки меди на печатной плате
Выполните следующие действия, чтобы эффективно использовать заливку меди на печатной плате и обеспечить максимальное теплоотведение в ваших схемах.
Шаг 1: Определите источники тепла и спланируйте площади плоскостей
Первым шагом в любой стратегии управления тепловым режимом является выявление основных компонентов, генерирующих тепло на вашей плате, таких как стабилизаторы напряжения, драйверы двигателей или микроконтроллеры высокой мощности. После их определения необходимо распланировать большие непрерывные медные полигоны (обычно относящиеся к сети заземления) непосредственно под этими компонентами и вокруг них. Чем больше площадь сплошного медного слоя, тем лучше способность к рассеиванию тепла.
Шаг 3: Использование тепловых переходных отверстий для отвода тепла между слоями
Поверхностная медная заливка имеет свои ограничения. Чтобы по-настоящему оптимизировать теплоотвод, необходимо переносить тепло с поверхности на внутренние плоскости или на обратную сторону платы. Размещайте массивы тепловых переходных отверстий непосредственно под компонентами, генерирующими тепло. Убедитесь, что эти переходные отверстия соединены с внутренними плоскостями заземления. Это значительно снижает тепловое сопротивление от корпуса компонента к окружающей среде.
Шаг 3: Правильная установка теплоотводящих прокладок
При подключении выводов компонентов (особенно выводов с сквозными отверстиями) к большой медной заливке необходимо найти баланс между теплоотводом и технологичностью изготовления. Если использовать сплошное соединение, медная заливка будет действовать как массивный радиатор во время пайки, что приведет к образованию холодных паяных соединений. Используйте тепловое облегчение прокладки (спицы) для обеспечения незначительной тепловой изоляции вывода во время сборки, при этом обеспечивая надлежащую электрическую и тепловую проводимость в рабочем режиме. Для чисто тепловых прокладок (таких как открытая прокладка на корпусе QFN) предпочтительным является прямое, сплошное соединение с заливкой.
Шаг 4: Удаление несоединенных участков меди (островков и полуостровов)
После формирования схемы медных дорожек проверьте макет на наличие “неиспользуемых участков меди” — островков или полуостровков из меди, которые не соединены электрически с вашим плоскость земли. Эти изолированные участки не способствуют отводу тепла и могут выступать в качестве антенн для электромагнитных помех (EMI). Воспользуйтесь функциями вашего программного обеспечения для САПР, чтобы автоматически удалить несвязанные участки меди и привести в порядок границы заливки.
Шаг 5: Увеличение толщины медного слоя (толстое медное покрытие)
Если ваша плата по-прежнему перегревается, несмотря на наличие обширных медных заливок, рассмотрите возможность указания более толстого слоя меди при изготовлении печатной платы. На стандартных платах используется медь плотностью 1 унция/фут², но переход на 2 унции/фут² или даже 3 унции/фут² (часто называемую «толстой медью») значительно повышает теплопроводность слоев, что позволяет теплу более свободно отводиться от горячих точек.
Заключение
Оптимизация заливки меди на печатной плате — важнейший навык в современном проектировании электронных устройств. Стратегическое планирование плоскостей, эффективное использование тепловых переходных отверстий, поиск баланса между паяемостью и тепловыми разгрузками, а также обеспечение чистоты заливки без «мертвой» меди позволяют значительно повысить тепловые характеристики ваших устройств. По возможности всегда проводите моделирование тепловых профилей и тесно сотрудничайте с производителем печатных плат, чтобы обеспечить надежное производство вашей конструкции.
Часто задаваемые вопросы
Что такое заливка меди на печатной плате?
Медная заливка на печатной плате представляет собой сплошную область из меди на печатной плате, которая заполняет пустые пространства между следы и компонентов. Обычно она подключается к определённой сети, чаще всего к сети заземления, и выполняет несколько функций, в том числе отвод тепла, улучшение целостность сигнала, а также экранирование от электромагнитных помех.
Почему термические рельефы играют важную роль при литье меди?
Терморазгрузочные элементы представляют собой небольшие перемычки, соединяющие контактную площадку с основной медной поверхностью вместо использования сплошного соединения. Они играют решающую роль в процессе пайки, поскольку массивная сплошная медная поверхность действует как радиатор, отводя тепло от паяльника или печи для рефлоу-пайки. Это может привести к образованию холодных паяных соединений. Тепловые разгрузки замедляют эту теплопередачу во время сборки, при этом сохраняя приемлемые электрические и тепловые пути во время нормальной эксплуатации.
Как тепловые переходные отверстия взаимодействуют с медными заливками?
Тепловые переходные отверстия — это металлизированные сквозные отверстия, специально предназначенные для отвода тепла от одного слоя печатной платы к другому. В сочетании с медным заливом верхнего слоя под нагреваемым компонентом тепловые переходные отверстия отводят тепло вниз к внутренним заземляющим плоскостям или заливу нижнего слоя, что значительно увеличивает общую площадь поверхности, доступную для отвода тепла в окружающий воздух.
Помогает ли более толстый слой меди улучшить отвод тепла?
Да, увеличение веса (толщины) медного слоя напрямую снижает тепловое сопротивление дорожки или плоскости. Стандартный слой меди толщиной 1 унцию может оказаться недостаточным для высокомощной электроники, поэтому переход на слой толщиной 2 унции или более позволяет медной заливке печатной платы гораздо эффективнее рассеивать тепло, уменьшая локальные перегревы.
