[MoreArb 0]

Здравствуйте!

 

При проектировании плат пока таких вопросов не возникало, но начал задумываться о тепле как при изготовлении платы, так и при её функционировании:

 

1. Нигде запросто не могу найти расчётов для ширины зазора (термобатиграфа) между контактной площадкой и остальной топологией на медном слое, хотя, как я понял, проблемы при пайке зачастую возникают, что особенно касается компонентов с большими площадями КП (например на дне ИС, через которое будет отводиться тепло). Существуют ли типовые методы расчёта в зависимости в т.ч. от геометрии КП?

 

2.  Есть ли какие-нибудь сложности при проектировании плат с толстыми металлическими слоями внутри (70-100 мкм) за исключением выбора соответствующей толщины диэлектрической прокладки?

 

3. Как в целом можно оценить количество тепла, рассеиваемого проводником или слоем, не прибегая к моделированию проекта ПП?

[peshkoff 38]

23 hours ago, MoreArb said:

Здравствуйте!

 

При проектировании плат пока таких вопросов не возникало, но начал задумываться о тепле как при изготовлении платы, так и при её функционировании:

 

1. Нигде запросто не могу найти расчётов для ширины зазора (термобатиграфа) между контактной площадкой и остальной топологией на медном слое, хотя, как я понял, проблемы при пайке зачастую возникают, что особенно касается компонентов с большими площадями КП (например на дне ИС, через которое будет отводиться тепло). Существуют ли типовые методы расчёта в зависимости в т.ч. от геометрии КП?

 

2.  Есть ли какие-нибудь сложности при проектировании плат с толстыми металлическими слоями внутри (70-100 мкм) за исключением выбора соответствующей толщины диэлектрической прокладки?

 

3. Как в целом можно оценить количество тепла, рассеиваемого проводником или слоем, не прибегая к моделированию проекта ПП?

1. Минимальная ширина зазора определяется изготовителем печатных плат и классом, который изготовитель может обеспечить. Проблема при пайке возникает не из-за зазора по меди, а из-за неправильного определения маски, толщины и объема пасты, размещения компонентов, термопрофилей в печи и пр. Зазор по меди как правило покрывается защитной маской и если в этом месте не сделать ошибки, то ни к каким проблемам при монтаже это привести не может.

2. Как правило, толщина меди ведет к увеличению зазора по меди. Ну и плюс нужно озаботиться о наличии материала у производителя и возможности изготовления как таковой.

3. Карандаш и листочек помогут? Почему сразу моделирование? Моделирование невозможно выполнить без базовых знаний в электрике и физике.

Сейчас любой простецкий процесс пытаются в моделирование засунуть, хотя 90% можно на калькуляторе посчитать.

Орлова вам в помощь.

[yes 8]

в дополненние.

1)

платы не паяльником паяют, а нагревают всю целиком, поэтому отделять площадки от "меди" не имеет смысла. только для штырьков, которые руками паяют

3)

я не пользовался, но в HL (гиперлинксе) вроде есть моделирование. но там наверно, действительно, на листочке можно. то есть через "тепловое сопротивление" в даташитах. слышал, что в докомпьютерные времена связывали резисторы с пропорциональным тепловому сопротивлением, подавали напряжение на "концы" и меряли напряжения на промежуточных контактах - типа распределение температур

 

[MoreArb 0]

22.02.2022 в 14:35, peshkoff сказал:

1. Минимальная ширина зазора определяется изготовителем печатных плат и классом, который изготовитель может обеспечить. Проблема при пайке возникает не из-за зазора по меди, а из-за неправильного определения маски, толщины и объема пасты, размещения компонентов, термопрофилей в печи и пр. Зазор по меди как правило покрывается защитной маской и если в этом месте не сделать ошибки, то ни к каким проблемам при монтаже это привести не может.

2. Как правило, толщина меди ведет к увеличению зазора по меди. Ну и плюс нужно озаботиться о наличии материала у производителя и возможности изготовления как таковой.

3. Карандаш и листочек помогут? Почему сразу моделирование? Моделирование невозможно выполнить без базовых знаний в электрике и физике.

Сейчас любой простецкий процесс пытаются в моделирование засунуть, хотя 90% можно на калькуляторе посчитать.

Орлова вам в помощь.

 

22.02.2022 в 15:54, yes сказал:

в дополненние.

1)

платы не паяльником паяют, а нагревают всю целиком, поэтому отделять площадки от "меди" не имеет смысла. только для штырьков, которые руками паяют

3)

я не пользовался, но в HL (гиперлинксе) вроде есть моделирование. но там наверно, действительно, на листочке можно. то есть через "тепловое сопротивление" в даташитах. слышал, что в докомпьютерные времена связывали резисторы с пропорциональным тепловому сопротивлением, подавали напряжение на "концы" и меряли напряжения на промежуточных контактах - типа распределение температур

 

Доброго времени, yes, peshkoff!

 

1. Прошу прощения: "Термобатиграф" = "Термобарьер" (как-то я просмотрел такую оказию).

    Peshkoff, я имею ввиду не минимальные зазоры между элементами топологии, которые определяет конструктор исходя из возможностей конкретного производства, а пишу именно о зазорах между отдельной КП и остальной медью с точки зрения распределения тепла, ведь, как справедливо отмечает yes в части пункта "3)", здесь имеет место тепловое сопротивление, которое эквивалентно уменьшается с ростом суммарной ширины меди, подключённой к, например,  квадратной КП. Если у таковой увеличивается количество подключений к полигону земли/питания и ширины проводников => теплу легче будет уходить с КП => необходимой температуры для качественной пайки можно не достичь. Правильно ли я понял вас: не важно, одинокий тонкий проводник подключает КП к полигону или же КП сливается с оным - качество пайки определяют выборки толщины маски, пасты и т.д. (про зависимость от расположения компонентов было бы очень интересно услышать), так как те производства, с которыми работал я, обычно просят учитывать это ссылаясь именно на данную (непропай из-за ухода тепла с контакта) проблему и на её избавление путём создания термобарьера (0.25 мм и четыре проводника ~ 0.2 от полигона к КП)

    Yes, разумеется, я понимаю это. Тем не менее существуют соединители с методом монтажа Press-fit, которые вставляются под давлением и расширяются внутри монтажного отверстия, закрепляясь там посредством деформации оного. Причина (не только поэтому, но...) та же - заявление о том, что при пайке сложных МПП тепло уходит на внутренние слои и создаются не только видимые, но и скрытые дефекты. Таким образом вопрос остаётся открытым.

 

    З.Ы. я подразумеваю под КП и место для пайки выводов "выводных", и "планарных" элементов. Так как сложности возникают и в том и в другом случае.

 

2. Peshkoff, то есть при использовании толстых слоёв в МПП нужно озаботиться только о базовых вещах (толщины препрега, невозможность выполнить мелкий рисунок из-за более длительного времени травления меди => подтрава элементов топологии), остальное на производстве? Никаких больших сложностей не возникает? А вы использовали платы на металлическом основании (может, впечатывали плату в мет. корпус) - было бы интересно услышать об опыте использования и проектирования?

 

3. Yes, лично я и использую HyperLynx при анализе печатной платы до её изготовления. В целом среда позволяет практически всё - от проверки целостности сигналов/питания, до электромагнитного и теплового моделирования, в т.ч. с учётом ряда внешних факторов (и даже влияния гравитации...?), но, как отмечает Peshkoff, хотелось бы избежать предтопологического моделирования и моделирования вообще (так как это порой занимает время, а порой невозможно) используя только "Карандаш с листочком" для оценки ряда выбранных при проектировании решений. Трудность в том, что найти какое-либо типовое решение, как, например, для расчёта волнового сопротивления проводников различных типов в ПП, я пока не могу. Тема вроде актуальная, а данных по ней сразу не найти...

 

З.Ы. Yes, говоря о тепловом сопротивлении, вы, наверное, имейте ввиду datasheet'ы на компоненты, через тепловые мощности и сопротивления которых можно рассчитать суммарное тепло и выбрать, например, радиатор? Честно говоря, не совсем понял, о чём вы...

[yes 8]

я не сварщик технолог и даже не тополог/разводчик плат. имею лишь общие представления.

по поводу какие проблемы могут быть при производстве - да какие угодно, например из-за неравномерность меди, как по плоскости (то есть то что в герберах нарисовано), так и по распределению разных толщин меди в пакете (stackup) - плата может скручиваться или еще как-то деформироваться

в гиперлинксе есть термическое моделирование (может нужна доп. лицензия) - рисует "гистограмму" температуры в плоскости, по крайней мере. но как и для любого моделирования нужно правильно задать цифры/модели.

по поводу теты (теплового сопротивления) оно не только "через крышку" на радиатор, но и через ножки в pcb - в приличном даташите это все указывается. есть компоненты с термал падами - то есть спец. ножка не для электричества, а специально для тепла

но так как я делаю приборы "слаботочные" то ни разу не видел, чтобы по серьезному кто-либо заморачивался прогревом - ни для космоса, ни для войны - могут быть проблемы, что тепло не уходит от кристалла (там есть же еще тепловое сопротивление кристалл-корпус) и при наружней температуре в 85С кристалл может перегреться до 125+ и выключиться/заглючить - но мне кажется, что теплопроводность компоненты-плата тут играют малую роль - больше отвод от самой платы, то есть тета плата-корпус/плата-воздух и кристалл-корпус, а у самой платы оно маленькое и градиент температуры по плате небольшой (но у нас всегда полно сплошных слоев меди - то есть может, что это наша специфика)

резюмируя - берите пример футпринта из даташита и не выдумывайте лишнего

 

[peshkoff 38]

5 hours ago, MoreArb said:

Прошу прощения: "Термобатиграф" = "Термобарьер" (как-то я просмотрел такую оказию).

Ну за то я узнал, что такое Термобатиграф :))) Осталось с Оказией разобраться...

Как говорится, правильно заданный вопрос - уже половина ответа. По поводу термобарьеров уже куча копий переломанаи и вы можете поиском найти уйму тем.

У каждого, конечно, свое мнение, но если вчитываться, то выясняется, что это мнение-то не конструктора, а производства.

Т.е. плясать нужно от производства: Если руками - все термобарьеры, если плавильная печь, то ... лучше все равно термобарьеры. Сплошной полигон только при необходимости.

Я поступаю в такой последовательности:

1. Везде термобарьеры. На всем, особенно, если не знаешь с каким производством столкнешься или знаешь, но хочешь оттуда получить наименьшее количество вопросов.

2. Плата с большими токами - Начинаем самые тяжелые места полигонить без термобарьеров. Во-первых источники питания. Убираем термобарьеры с тяжелых элементов. Как правило это большие индуктивности, транзисторы, кондесаторы. На мелочевке термобарьеры оставляю. 

Spoiler

3. Платы СВЧ. Здесь разработчики требуют, чтобы и GND был соединен директом. Но при этом GND не должен напрямую соединяться с GND соседних элементов. 

  Тогда полигон нарезаем кусками, обеспечив раздел и впридачу минимальное сопростивление до внутренних GND.

Spoiler

Но во всех случаях штыри ВСЕГДА с термобарьерами. Как правило ставлю 0.25 проводник, 0.25 зазор. Если какието прям мощные вводы, как 12В у компьютерных плат, то увеличиваю проводник до ~0.4 мм

 

5 hours ago, MoreArb said:

Правильно ли я понял вас: не важно, одинокий тонкий проводник подключает КП к полигону или же КП сливается с оным - качество пайки определяют выборки толщины маски, пасты и т.д.

Нет конечно, это все относилось к Термобатиграфу :))) А производство вам говорит правильно.

5 hours ago, MoreArb said:

А вы использовали платы на металлическом основании (может, впечатывали плату в мет. корпус) - было бы интересно услышать об опыте использования и проектирования?

Нет. Я так не делал, обходился стандартными 35 мкм. Хотя токи до 100А. Как правило это решает схемотехника. Сейчас полно ИП с обратной связью, которые щупают на конце какое напряжение и если оно проседает, то поднимают на источнике.

Был один проект, где кровьизносу дай им какие то сотни ампер без падения (сварочник по-моему был), тогда на внешних слоях оставил полигон без маски и поверх него облудили несколько проволок диаметром 2 мм и это всех устроило.

У меня еще не было проекта, где бы потребовалось ВНУТРЕННИЕ слои делать 100 мкм. Пока мне сложно такой представить. 

5 hours ago, MoreArb said:

то есть при использовании толстых слоёв в МПП нужно озаботиться только о базовых вещах (толщины препрега, невозможность выполнить мелкий рисунок из-за более длительного времени травления меди => подтрава элементов топологии), остальное на производстве?

Если уж прям возникнет такая необходимость, я думаю первое - это производство, там все скажут о чем надо позаботиться. Работать на упреждение точно бессмысленно.

5 hours ago, MoreArb said:

Трудность в том, что найти какое-либо типовое решение, как, например, для расчёта волнового сопротивления

А как его найти? Это уйма факторов. В волновом сопротивлении 3 элемента: проводник, диэлеткрик, полигон. Все. Само собой тут одна формула.

А в термо уйма факторов, начиная с условий эксплуатации. 

Если я проектирую плату, с которой нужно снять тепло, то просто планирую отдавать тепло по максимуму: разнести по возможности горячие элементы, максимально залить полигоны, делаю в полигонах вскрытия для прижатия радиатора, побольше отверстий для крепления.

При разработке радиатора учитываю в какой среде он будет находится. Если кондуктив - полностью закатываю в металл все свободное пространство.

Spoiler

Если кондуктив с воздухом - добавляем ребра, между радиатором и платой небольшой зазор выставляю, чтобы воздух в щель гулял тоже.

Если чисто воздушный, то вожу ребра над элементами, вентилятор помощнее, если никто массо-габаритами не останавливает.

 

Ну т.е. нужно из конструкции максимум выдавить по теплоотдаче. Нужно сделать так, чтобы HL не смог найти что тут еще оптимизировать.

(сам HL не пользуюсь)

 

 

 

[vladec 12]

Посмотрите еще в популярном PCB калькуляторе "Сатурн" (http://saturnpcb.com/about/), там есть соответствующие закладки.