Was ist der beste Weg, um benachbarte SMD-Pads kurzzuschließen?

Hier gibt es zwei Probleme, die elektrische Verbindung und die thermische Verbindung.

Die beste elektrische Verbindung minimiert die Impedanz zwischen den beiden Pads. Aus dieser Sicht ist die bevorzugte Reihenfolge C, B, A.

Die beste thermische Verbindung hat den größten thermischen Widerstand, daher ist die bevorzugte Reihenfolge A, B, C.

Wie bei den meisten Ingenieurwissenschaften geht es darum, den richtigen Kompromiss für den jeweiligen Fall zu finden, nachdem die jeweiligen Vor- und Nachteile berücksichtigt wurden. Wir müssen daher den Grund für jede der konkurrierenden Überlegungen verstehen und wissen, wie wichtig das Ergebnis ist.

Der Wunsch nach niedriger elektrischer 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, etwa zu oder von einer WLAN-Antenne? In diesem Fall könnten sogar einige nH und fF eine Rolle spielen, und die elektrischen Überlegungen werden wichtig. Ist das eine Hochstromzufuhr? In diesem Fall spielt der Gleichstromwiderstand eine Rolle. Meistens ist bei gewöhnlichen Signalen, wie man sie in der Nähe eines Mikrocontrollers findet, selbst die Impedanz von Layout A so niedrig, dass sie keine Rolle spielt.

Die Probleme mit der Wärmeleitfähigkeit hängen davon ab, wie die Platine gebaut wird. Wenn die Platine von Hand gelötet wird, dann macht Layout C einen großen Kühlkörper, so dass es schwierig sein könnte, das Lötmittel über dem kombinierten Pad geschmolzen zu halten. Noch schlimmer wird es, wenn ein Teil verbaut ist und das andere nicht. Der erste Teil wirkt wie ein Kühlkörper, was es schwierig macht, das Pad zu erwärmen, um den zweiten Teil zu installieren. Irgendwann wird das Lot schmelzen, aber viel Wärme wird in den ersten Teil geleitet worden sein. Das führt nicht nur zu Fehlern beim manuellen Löten, sondern kann auch schlecht für das Teil sein, wenn es so lange erhitzt wird.

Wenn die Platine per Pick-and-Place mit Lötpaste gefüllt und dann im Ofen reflowgelötet wird, gibt es kein Problem, dass ein Pad Wärme vom anderen absaugt, da beide erhitzt werden. In diesem Sinne ist Layout C in Ordnung, aber es gibt ein anderes Problem. Dieses Problem wird Tombstoning genannt 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 nur an einem Ende eines kleinen Teils kann bewirken, dass sich das Teil von dem anderen Pad löst und mit dem geschmolzenen Lot auf dem Pad aufsteht. Dieses rechtwinklige Aufstehen vom Brett ist der Begriff Tombstoningkommt, wie ein Grabstein, der aus dem Boden ragt. Dies ist im Allgemeinen ab einer Größe von 0805 kein Problem, da das Teil zu lang und zu schwer ist, als dass die Oberflächenspannung an einem Ende es hochheben könnte. Bei 0603 und niedriger müssen Sie darüber nachdenken.

Es gibt jedoch ein weiteres thermisches Problem, und dies gilt auch für große Teile. Die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lötmittels auf jedem Stift zieht diesen Stift in Richtung der Mitte seines Pads. Dies ist einer der Gründe, warum kleine Ausrichtungsfehler bei der Platzierung keine Rolle spielen. Sie werden während des Rückflusses durch die kombinierte Oberflächenspannung auf allen Stiften, die versuchen, die Mittenplatzierungen zu mitteln, begradigt. Wenn ein Teil, das an einem Ende mit Pad C verbunden ist, am anderen Ende ein normales Pad hat, könnte es möglicherweise zur Mitte von Pad C und vom Pad am anderen Ende gezogen werden. Sie könnten dies ein wenig kompensieren, indem Sie einen speziellen Fußabdruck mit dem anderen Endpolster näher als normalerweise machen, so dass ein gewisses Ziehen in Ordnung ist. Ich würde dieses Spiel nur spielen, wenn ich wirklich wirklich Layout C bräuchte, was ich mir nur in einem Hochstrom- oder Hochfrequenzfall vorstellen kann.

Die Verwendung der normalen Lötmaskenformen für Pad C würde den Fall des Teileziehens umgehen. Es gäbe zwei separate Lötmaskenöffnungen auf dem Pad C mit einem Abschnitt der Lötmaske dazwischen. Die Oberflächenspannung würde in die Mitte jeder Lötmaskenöffnung ziehen, nicht in die Mitte des gesamten Pads C. Dies behebt jedoch nicht das Tombstoning-Problem für kleine Teile.

Im Allgemeinen würde ich Layout B verwenden, es sei denn, ich wüsste einen guten Grund, A oder C zu verwenden.

Jemand hat einmal so etwas gesagt wie: Frag 2 Elektronikdesigner, erhalte 3 Antworten. :-).

Hochstromstifte

Wenn ich ein Gerät habe, das mit hohen Strömen umgehen kann – vielleicht ein Motortreiber oder ein Spannungsregler –, dann verbinde ich die größtmöglichen Leiterbahnen mit jedem einzelnen Konstantspannungs- oder langsam schaltenden Pin – Typ C oder vorzugsweise sogar mehr kupfer.

Low-Current-Pins

Die meisten TSSOP-Geräte haben Ein- und Ausgänge, die digitale Signale mit fast unbedeutenden Stromstärken sind. Bei diesen Geräten bevorzuge ich eine leicht zugängliche Schleife wie Typ A für mein erstes Prototypenboard.

Wenn ich dann etwas angeschlossen habe, das nicht angeschlossen werden sollte, ist es einfach, diese Schleife zu durchtrennen und jeden Stift mit etwas anderem zu verbinden.

Nachdem ich den Prototypen zum Laufen gebracht habe (was immer länger zu dauern scheint als ich erwartet habe), obwohl es nichts schaden würde, sie in Typ-B umzuwandeln, warum sollte ich mir die Mühe machen? Ich mache mir normalerweise keine Sorgen, daher haben meine endgültigen Produktionsplatinen oft solche Typ-A-Loops.

Ich bevorzuge A aus Gründen der Klarheit. Bei A sieht man deutlich, dass diese Pads überbrückt werden sollen. Ja, es nimmt mehr wertvollen Platz auf der Leiterplatte ein, in diesem Fall sind B oder C durchaus akzeptabel, aber ich würde C zu Debugging-Zwecken B vorziehen.

Wenn Sie eine einzelne Spur wie B zwischen zwei Pads haben, sieht es, wenn Sie kein gutes Mikroskop haben, so aus, als wäre dort etwas eingeschlossen, wenn Sie es mit bloßem Auge betrachten. Ein Teil meiner Arbeit ist die Hardware-Fehlerbehebung, und ich habe gesehen, wie unsere Hardware-Designer alle drei Aufgaben erledigt haben.

A ist bei weitem am einfachsten zu lesen; C ist das nächste, weil dieses riesige Pad mit bloßem Auge klar macht, dass sie überbrückt werden sollen; und B gefällt mir am wenigsten, weil ich am Ende immer ein Zielfernrohr herausziehen muss, um es richtig zu sehen.

Oft wird die Lötstoppmaske zwischen die Pads von B zurückgezogen (abhängig vom Padabstand und den Reliefwerten der Lötstoppmaske), wodurch Kupfer zwischen den Pins freigelegt wird. Dies führt zu einer Art Lötbrücke, die bei der Sichtprüfung und Fehlersuche etwas verwirrend sein kann.