Proiectare pentru fabricaţie: punţile termice

1 FEBRUARIE 2011

O proiectare a structurii de interconectare în conformitate cu metodologia DFM presupune cunoaşterea intimă a fenomenelor fizico-chimi­ce care au loc în timpul procesului tehnologic de asamblare electronică. Supus unui proces de încălzire urmând un anumit profil termic ansamblul cablaj imprimat echipat cu componente electronice acumulează energie termică şi îşi creşte temperatura. Pentru ca în zona de contactare să se asigure temperatura necesară realizării unei lipituri de calitate trebuie ca energia care a fost captată local de pad şi pin să nu se disipe în zona înconjurătoare. Acest lucru se realizează prin crearea unei rezistenţe termice în calea transferului de căldură de la pad la planul de cupru prin introducerea unor punţi termice între acestea (Figura 1). Termenul încetăţenit este thermal relief. Puntea termică asigură conductibilitatea electrică dar se opune disipării termice.

Figura 1: Proiectare cu punţi termice

Figura 2: Punţi termice pentru tehnologia prin gaură

Scopul este minimizarea timpului cât ansamblul este menţinut la o temperatură ridicată pentru reducerea solicitării termice a componentelor, un aspect care nu trebuie neglijat în condiţiile utilizării aliajelor de lipit fără plumb de tip SAC pentru care temperatura optimă în timpul fazei de retopire în cuptorul SMT este de 230 – 240°C.
Cablajele multistrat având planuri de masă şi de putere interne care conţin componente prin gaură necesită punţi termice la acele straturi interioare, deoarece acestea constituie radiatoare pentru căldura degajată de pini în timpul procesului de lipire în val şi care drept conse­cinţă nu ating temperatura adecvată pentru o bună lipire. Parametrii unui thermal relief sunt lungimea punţii, lăţimea ei şi numărul de punţi (Figura 2). Pentru designer problema o constituie alegerea optimă a lor. Raportul lungime/ lăţime se numeşte raport de aspect (aspect ratio). Un calcul sumar al punţilor termice este prezentat în Standardul IPC-2222. Eficacitatea thermal relief-ului este scăzută fie prin dimensionarea prea mare a punţilor, fie prin lipsa de legătură a punţilor cu masa mare de cupru. Lipsa prevederii acestui truc de proiectare poate duce la defecte de lipire sau chiar la imposibilitatea de lipire printr-un proces obişnuit. Spre exemplu în figura 3, terminalele Vin, Vout, GND nu au putut fi lipite decât prin utilizarea a două ciocane de lipit care să încăl­zească simultan terminalul şi padul.

Figura 3: Proiect fără punţi termice

Figura 4: Proiectare favorizantă pentru tombstoning

În cazul componentelor cu două terminale (cip) cu montare pe suprafaţă având unul din paduri conectat la planuri de cupru, neutilizarea punţilor termice poate fi o cauză favorizantă pentru apariţia defectelor de tip tombstoning (Figura 4). Chiar dacă depozitele de pastă de lipit depuse au fost egale, toleranţele padurilor şi ale terminalelor componentei identice, aşezarea componentei corectă, totdeauna temperatura va fi mai mare pe padul nelegat la planul de cupru astfel că aici aliajul se va topi înaintea celuilalt provocând dezechilibrul de forţe care va determina ridicarea componentei de pe padul mai rece.
Programele CAD evoluate de proiectare a cablajelor au facilitatea de a introduce punţi termice. Deşi unii cunosc importanţa lor, totuşi evită utilizarea acestora atunci când au proiecte pentru module electronice de puteri mari. Există temerea că local, prin îngustarea secţiunii, ceea ce înseamnă creşterea rezistenţei electrice a punţii, apar pe de o parte pier­deri de putere, iar pe de altă parte, tempera­tura creşte ducând la autoîncălzirea cartelei, mai ales când este vorba de un singur pin prin care circulă curentul de valoare ridicată.
Studii ce pot fi consultate şi pe net demontează această prejudecată.

Autor:
ing. Gaudenţiu Vărzaru
gaudentiu.varzaru@cetti.ro

CETTI


Tel.: +40 21 3169633
cetti@cetti.ro
www.cetti.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre