Welche der drei oben gezeigten Möglichkeiten ist die beste Möglichkeit, zwei benachbarte SMD-Pads miteinander zu verbinden, und warum? Hierbei handelt es sich um TSSOP-Pads, und der Montageprozess erfolgt bleifrei, falls dies von Bedeutung ist. Wenn es bessere Möglichkeiten gibt, die ich mir nicht vorgestellt habe, können Sie sie auch gerne zeigen.
Ich kann mir vorstellen, dass in Bezug auf die Impedanz C am besten und A am schlechtesten ist. Aber ich bin mir nicht sicher, ob C oder B den Montageprozess irgendwie erschweren könnten.
Antworten:
Hier gibt es zwei Probleme, den elektrischen Anschluss und den thermischen Anschluss.
Die beste elektrische Verbindung minimiert die Impedanz zwischen den beiden Kontaktstellen. Unter diesem Gesichtspunkt ist die Reihenfolge der Präferenzen C, B, A.
Die beste Wärmeverbindung hat den höchsten Wärmewiderstand, daher ist die Reihenfolge der Bevorzugung A, B, C.
Wie bei den meisten Ingenieuren geht es darum, den richtigen Kompromiss für den jeweiligen Fall zu finden, nachdem die jeweiligen Vor- und Nachteile in Betracht gezogen wurden. Wir müssen daher den Grund für jede der konkurrierenden Überlegungen verstehen und wissen, wie wichtig das Ergebnis ist.
Der Wunsch nach einer niedrigen elektrischen Impedanz sollte offensichtlich sein, aber wie wichtig ist das? Das hängt davon ab, was zwischen den beiden Pads fließt. Handelt es sich um ein Multi-GHz-Signal, wie wenn Sie zu oder von einer WiFi-Antenne gehen? In diesem Fall können sogar einige nH und fF von Bedeutung sein, und die elektrischen Überlegungen werden wichtig. Ist das eine Hochstromspeisung? In diesem Fall ist der Gleichstromwiderstand von Bedeutung. Die meiste Zeit für gewöhnliche Signale, wie sie bei einem Mikrocontroller zu finden sind, ist sogar die Impedanz von Layout A so niedrig, dass sie keine Rolle spielt.
Die Wärmeleitfähigkeitsprobleme hängen davon ab, wie die Platine gebaut wird. Wenn die Platine von Hand gelötet wird, bildet Layout C einen großen Kühlkörper, so dass es schwierig sein kann, das Lot über dem kombinierten Pad flüssig zu halten. Es wird noch schlimmer, wenn ein Teil installiert ist und der andere nicht. Der erste Teil wirkt wie ein Kühlkörper, wodurch es schwierig wird, das Kissen zum Installieren des zweiten Teils zu erwärmen. Irgendwann schmilzt das Lot, aber im ersten Teil wurde viel Wärme abgeführt. Dies führt nicht nur zu Fehlern beim manuellen Löten, sondern kann auch dazu führen, dass das Teil so lange erhitzt wird.
Wenn die Platine durch Bestücken mit Lötpaste und anschließendes Aufschmelzen im Ofen gefüllt wird, kann es nicht vorkommen, dass ein Pad Wärme vom anderen saugt, da beide erhitzt werden. In diesem Sinne ist Layout C in Ordnung, aber es gibt ein anderes Problem. Dieses Problem wird als Tombstoning bezeichnet und tritt auf, wenn das Lot an den Enden kleiner und leichter Teile zu unterschiedlichen Zeiten schmilzt. Geschmolzenes Lot hat eine viel höhere Oberflächenspannung als Lotpaste. Diese Oberflächenspannung an nur einem Ende eines kleinen Teils kann dazu führen, dass sich das Teil vom anderen Pad löst und mit dem geschmolzenen Lot auf dem Pad aufsteht. Dieses rechtwinklig vom Brett stehende Grab ist der Begriff Grabsteinkommt wie ein Grabstein aus dem Boden. Dies ist in der Regel ab einer Größe von 0805 kein Problem, da das Teil zu lang und schwer ist, als dass die Oberflächenspannung an einem Ende es aufheben könnte. Bei 0603 und niedriger müssen Sie darüber nachdenken.
Es gibt jedoch ein anderes thermisches Problem, und dies gilt auch für große Teile. Die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots an jedem Stift zieht diesen Stift zur Mitte seines Pads. Dies ist einer der Gründe, warum kleine Ausrichtungsfehler bei der Platzierung keine Rolle spielen. Sie werden während des Aufschmelzens durch die kombinierte Oberflächenspannung an allen Stiften begradigt, die versuchen, die Mittelplatzierungen zu mitteln. Wenn ein Teil, das an einem Ende mit Pad C verbunden ist, am anderen Ende ein normales Pad hat, kann es möglicherweise zur Mitte von Pad C und vom Pad am anderen Ende abgezogen werden. Sie könnten dies ein wenig ausgleichen, indem Sie einen speziellen Fußabdruck mit dem anderen Endkissen näher als normalerweise anbringen, so dass ein gewisses Ziehen in Ordnung ist. Ich würde dieses Spiel nur spielen, wenn ich Layout C wirklich wirklich bräuchte, was ich mir nur in einem Hochstrom- oder Hochfrequenzfall vorstellen kann.
Die Verwendung der normalen Lötmaskenformen für Pad C würde das Teilziehgehäuse umgehen. Es würden zwei separate Lötmaskenöffnungen auf der Kontaktstelle C mit einem Abschnitt der Lötmaske dazwischen sein. Die Oberflächenspannung würde in die Mitte jeder Lötmaskenöffnung und nicht in die Mitte des gesamten Pads C ziehen. Dies behebt jedoch nicht das Tombstoning-Problem für kleine Teile.
Im Allgemeinen würde ich Layout B verwenden, es sei denn, mir ist ein guter Grund für die Verwendung von A oder C bekannt.
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Jemand sagte einmal so etwas wie: Frag 2 Elektronikdesigner, bekomme 3 Antworten. :-).
Hochstromstifte
Wenn ich ein Gerät habe, das mit hohen Strömen zurechtkommt - vielleicht ist es ein Motortreiber oder ein Spannungsregler -, dann verbinde ich die größtmöglichen Spuren mit jedem einzelnen Konstantspannungs- oder langsam schaltenden Stift - Typ C oder vorzugsweise sogar mehr Kupfer.
Schwachstromanschlüsse
Die meisten TSSOP-Geräte verfügen über Ein- und Ausgänge, bei denen es sich um digitale Signale mit nahezu unbedeutendem Strom handelt. Bei diesen Geräten bevorzuge ich eine leicht zugängliche Schleife wie Typ A für mein erstes Prototyp-Board.
Wenn ich dann etwas angeschlossen habe, das nicht angeschlossen werden sollte, ist es einfach, diese Schleife abzuschneiden und jeden Pin mit etwas anderem zu verbinden.
Nachdem ich den Prototypen zum Laufen gebracht habe (was anscheinend immer länger dauert als erwartet), obwohl es nichts auszusetzen hätte, ihn in Typ B umzuwandeln, warum dann die Mühe machen? Normalerweise kümmere ich mich nicht darum, daher haben meine endgültigen Produktionsboards oft solche Typ-A-Loops.
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Ich bevorzuge A aus Gründen der Klarheit. Mit A können Sie deutlich sehen, dass diese Pads überbrückt werden sollen. Ja, es nimmt mehr wertvollen PCB-Platz ein. In diesem Fall sind B oder C durchaus akzeptabel. Ich würde jedoch C zu Debug-Zwecken gegenüber B vorziehen.
Wenn Sie eine einzelne Spur wie B zwischen zwei Pads haben, sieht es so aus, als ob sich etwas darin befindet, wenn Sie es mit bloßem Auge betrachten, es sei denn, Sie haben ein gutes Mikroskop. Ein Teil meiner Arbeit ist die Fehlerbehebung bei Hardware, und ich habe gesehen, dass unsere Hardware-Designer alle drei Aufgaben erledigt haben.
A ist bei weitem am einfachsten zu lesen; C ist der nächste, weil dieser riesige Block dem bloßen Auge klar macht, dass sie überbrückt werden sollen; und B ist mein Favorit, weil ich immer ein Zielfernrohr herausziehen muss, um es richtig zu sehen.
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Oft wird die Lötmaske zwischen den Kontaktstellen von B zurückgezogen (abhängig vom Kontaktstellenabstand und den Lötmasken-Reliefwerten), wodurch Kupfer zwischen den Kontaktstellen freigelegt wird. Dies führt zu einer Art Lötbrücke, die bei der visuellen Inspektion und beim Debuggen etwas störend wirken kann.
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