Kevin yêu cầu tôi viết lên một câu trả lời thực sự. Ở đây đi ...
Hướng dẫn dấu chân của Mike
Trong hầu hết các hệ thống CAD, dấu chân một phần (còn gọi là decal của nó) chỉ nên tập trung vào những thứ không thay đổi với phần đó. Chúng nên bao gồm, ít nhất là:
Miếng đệm đồng cho tất cả các bề mặt hàn (ghim, tab, miếng, bóng, bất cứ thứ gì). Ngay cả khi một cái gì đó không được kết nối điện, nó nên được hàn xuống để cung cấp hỗ trợ cơ học. Các bộ phận DFN / QFN nổi tiếng với việc bật ra khỏi bảng nếu bạn chỉ hàn các chân cạnh và bảng (hoặc bất cứ thứ gì nó vào) sau đó bị loại bỏ. Miếng đệm nhiệt, nếu có, phải được hàn xuống hoặc bạn sẽ không có được hiệu suất nhiệt cần thiết.
Các lỗ mở trong mặt nạ hàn cho các bề mặt hàn. Bạn không nên cho rằng đây là những kích thước giống như đồng: trong hầu hết các trường hợp, chúng nên lớn hơn! Điều này là do mặt nạ hàn không được liên kết hoàn hảo với đồng; nó có thể tắt tới 0,1 mm (4 mils) theo bất kỳ hướng nào, vì vậy độ hở của mặt nạ hàn của bạn phải lớn hơn đồng nhiều ở mỗi cạnh, để mặt nạ không che phủ đồng ngay cả khi mặt nạ là tắt. Các cửa hàng PCB tốt hơn có thể căn chỉnh mặt nạ hàn trong phạm vi 0,05 mm (2 mils), cho phép các phần cao 0,5 mm. Một miếng mặt nạ hàn không bao giờ rộng dưới 0,1 mm (4 mils), vì một mảnh nhỏ (được gọi là "mảnh") có thể đơn giản rơi ra.(Bỏ qua cuộc thảo luận về các miếng đệm SM ["mặt nạ hàn được xác định '] cho các BGA vì tôi nghi ngờ bạn đang sử dụng các miếng đệm đó.)
Mẫu lụa màn hình. Đây phải là một phác thảo của phần để cho thấy nó được đặt như thế nào so với các miếng đệm. Kiểm tra với cửa hàng PCB của bạn để xem các đường này có thể hẹp như thế nào; 0,15 mm (6 triệu) không phải là hiếm. Dung sai màn hình lụa kém hơn so với mặt nạ hàn; 0,12 mm (5 mils) theo bất kỳ hướng nào là phổ biến. Do đó, giữ cho màn hình lụa ít nhất là xa bất kỳ bề mặt hàn nào. Đừng hy vọng cửa hàng PCB sẽ loại bỏ màn hình lụa khỏi các khu vực hàn; không có gì đáng xấu hổ hơn là lấy lại bảng của bạn bằng các dấu phân cực của bạn trên các miếng đệm, vì vậy chúng trôi đi (thông lượng hàn thường phá vỡ màn hình lụa) khi hàn. Cuối cùng, nếu phần được phân cực, đặt các dấu phân cực trong màn hình lụa, nhưng đảm bảo các dấu này được nhìn thấy sau khi phần được cài đặt. Không có gì giống như tự hỏi nếu tụ điện, diode hoặc IC được bật đúng khi mạch không hoạt động.
Các mặt hàng tùy chọn:
Một mặt nạ dán chỉ định nơi dán hàn sẽ được gửi. Điều này có thể được bỏ qua nếu bạn hàn tay. Nếu bạn đang sử dụng hàn lại để hàn các bộ phận BGA hoặc DFN / QFN, mặt nạ dán trở nên rất quan trọng và giống như mặt nạ hàn, bạn không thể cho rằng nó có cùng kích thước với đồng.
Một sân, đó là một phác thảo xung quanh dấu chân, thường là trên lớp phác thảo chuyên dụng của riêng mình. Điều này chỉ định khu vực của bảng mạch được dành riêng cho phần đó. Điều này giữ cho các bộ phận không quá gần nhau, làm cho ngắn mạch dễ dàng và làm sạch khó khăn. Một số thư viện trường học cũ vẽ các dấu ngoặc lớn trong màn hình lụa để đạt được hiệu ứng này; Tôi ghét điều đó, vì nó lãng phí không gian, bạn có thể đặt ký hiệu tham chiếu hoặc dấu phân cực.
Lớp vẽ hội. Đây thường là một đại diện đơn giản của bộ phận (một hộp thường là tốt) với chỉ định tham chiếu ở giữa và một dấu phân cực ở đâu đó, nếu cần. Điều này giúp bạn lắp ráp bảng nếu bạn không thể dựa vào màn hình lụa và có thể được sử dụng để tham khảo khi gỡ lỗi bảng.
Tiêu chuẩn có liên quan là IPC-7351B , cung cấp các hướng dẫn và phương trình mở rộng để xác định kích thước miếng đệm dựa trên kích thước cơ học và dung sai của bề mặt hàn để tạo thành mối hàn tối ưu. Đối với những người không muốn làm toán (tức là hầu hết tất cả chúng ta), họ đã cung cấp một máy tính mô hình đất giúp hầu hết tất cả những điều này. Tuy nhiên, lưu ý rằng đó chỉ là một máy tính: bạn phải trả thêm tiền cho phiên bản xuất khẩu các phần của thư viện và tôi không nghĩ rằng nó có thể xuất sang KiCAD. Cá nhân, tôi ổn với phiên bản miễn phí; Dù sao tôi cũng chịu trách nhiệm về dấu chân, vì vậy tôi cũng có thể vẽ nó và kiểm tra nó, và điều này mang lại cho tôi tất cả các con số.
(Lưu ý bên lề: Tôi sử dụng PADS của Mentor Graphics tại nơi làm việc và nó có định dạng nhập / xuất ASCII cho dấu chân và các mục thư viện khác. Vì vậy, tôi đã viết thư viện Python cho phép tôi viết tập lệnh để tạo tất cả dấu chân của mình. Tôi không ' Tôi không biết liệu KiCAD có định dạng trao đổi như thế hay tốt hơn là tập lệnh được tích hợp sẵn, nhưng nó nên.)
Dấu chân không phải là toàn bộ câu chuyện, mặc dù.
Quản lý nhiệt
Đôi khi một phần có một miếng đệm nhiệt. Đây là những mánh khóe cho những người có sở thích vì họ không thể tiếp cận được với bàn ủi hàn và cần được kết nối với mạng như mặt đất. Do đó, hàn dán và hàn lại (đối với người có sở thích, một chảo có thể được thực hiện để làm việc) được sử dụng. Tuy nhiên, bản thân miếng đệm có thể không đủ lớn để tản nhiệt từ bộ phận (sợi thủy tinh là chất cách điện, đôi khi được sử dụng trong gác mái).
Có hai thông số kỹ thuật nhiệt chính cho một phần, được tìm thấy trên biểu dữ liệu: theta_JA ("trở kháng nhiệt, tiếp giáp với môi trường xung quanh") và theta_JC ("trở kháng nhiệt, tiếp giáp với vỏ"). Cả hai đều được chỉ định bằng độ C mỗi watt (thực sự nên là Kelvins mỗi watt, nhưng ồ tốt).
Theta_JA là những gì gói có thể tự làm tất cả. Để xem có đủ không, trước tiên hãy tìm hiểu xem chip của bạn sẽ tiêu thụ bao nhiêu watt (có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau), nhân số này với theta_JA và thêm nó vào nhiệt độ môi trường cao nhất của bạn (45 C có thể đủ tốt cho ngoài trời, 60 C cho ruột của PC, và thậm chí nhiều hơn cho khoang động cơ ô tô). Điều này sẽ cung cấp cho bạn nhiệt độ đường giao nhau (chip) cao nhất; so sánh điều này với giới hạn nhiệt độ đường giao nhau của bảng dữ liệu (thường là 125 hoặc 150 C) để xem bạn có ở dưới nó không. Nếu không, bạn cần một bộ tản nhiệt.
Có một vài cách bạn có thể làm tản nhiệt, nhưng tất cả đều có ý định giải phương trình tương tự. Nhớ theta_JC? Điều đó cho chúng ta biết gói tốt như thế nào trong việc lấy nhiệt cho vỏ máy (ví dụ như miếng đệm nhiệt). Nó thường rất xa, thấp hơn nhiều so với theta_JA vì nó không liên quan đến việc truyền nhiệt qua gói phần sợi nhựa hoặc PCB. Tuy nhiên, có một đặc điểm kỹ thuật khác, theta_CA (yep, "case to ambient"), được đặt bởi tản nhiệt của bạn.
Tuy nhiên, việc tìm theta_CA của tản nhiệt không đơn giản. Đối với các bộ tản nhiệt riêng biệt (ví dụ như miếng nhôm hoặc đồng) và một số vật liệu như miếng đệm khe, bảng dữ liệu thường sẽ cho bạn biết trở kháng. Đối với đổ đồng, tôi chưa tìm thấy một máy tính tốt (có ai không?), Vì vậy nếu tuyệt vọng, tôi đã đọc Tiêu chuẩn IPC-2152 để xác định khả năng mang theo hiện tại trong thiết kế bảng in. Nó được viết về mức độ dòng điện bạn có thể đặt qua một dấu vết với kích thước và vị trí của nó trong bảng xếp chồng, nhưng có thể được sử dụng ở đây bằng cách giả vờ rằng "dòng điện" đang tạo ra nhiệt trong đồng (một số điện trở suất của toán đồng sẽ hoạt động ở đây, bất kỳ năng lượng nào bị mất trong đồng đều bị tiêu tan dưới dạng nhiệt) và xem "dấu vết" (đổ đồng của bạn) cần lớn đến mức nào.
Dù sao, một khi bạn có theta_CA, bạn thêm nó vào theta_JC để lấy theta_JA và sau đó làm toán như trên để xem phần của bạn có bị quá nóng không. Hoặc bạn có thể làm việc ngược lại để xem theta_CA tối đa là bao nhiêu cho phép phần của bạn sống.
Tản nhiệt bằng đồng
Đây là những gì bạn đang làm bây giờ: bạn đang thêm đồng vào miếng đệm nhiệt của bộ phận để lấy nhiệt ra khỏi bộ phận. Về cơ bản, bạn chỉ cần thêm đồng bên dưới bộ phận, chồng lên miếng đệm nhiệt và mở rộng ra bất kỳ cạnh nào của bộ phận đang mở. Bạn sẽ bị giới hạn bởi diện tích bề mặt có sẵn (tức là kích thước bảng và diện tích được thực hiện bởi các bộ phận khác). Đây là lý do tại sao nó không phải là một phần của dấu chân: bạn không biết nó cần gì cho đến khi bạn đặt bảng, bạn có thể cần thay đổi nó trong khi bố trí và bạn không muốn vẽ lại dấu chân cho mỗi thiết kế. Đảm bảo phần mềm không thêm nhiệt giữa đồng và đệm nhiệt của bạn; điều này sẽ làm cho tản nhiệt của bạn vô dụng.
Các phần của tản nhiệt dưới một phần nên được che bằng mặt nạ hàn. Điều này là do bạn không muốn chất hàn của miếng đệm nhiệt thoát khỏi nó và có thể khiến bạn bị yếu hoặc hỏng khớp. Ngoài ra, một cục hàn dưới phần sai của chip có thể nhấc phần cuối ra khỏi bảng, khiến cho các chân khác khó kết nối.
Một khi bạn có bộ tản nhiệt từ bên dưới con chip, bạn có thể phơi kim loại hoặc che nó bằng mặt nạ hàn. Che nó sẽ làm giảm theta_CA và mong muốn nếu đó là tất cả các công việc giảm nhiệt bạn sẽ làm. Sau đó, bạn chỉ cần đảm bảo có đủ đồng để giữ theta_CA (đây là bảng dữ liệu của phần bạn đang khuyến nghị).
Tản nhiệt rời
Tuy nhiên, nếu bạn không có loại phòng đó, bạn có thể chọn phơi đủ đồng để cho phép bạn hàn một bộ tản nhiệt riêng biệt ngay trên bảng. Tản nhiệt này không cần tiếp xúc trực tiếp với bộ phận, vì đường dẫn nhiệt chính là thông qua đồng PCB. Kim loại dày hơn của tản nhiệt và diện tích bề mặt lớn hơn sẽ cho nó một theta_CA rất thấp. (Ngoài ra, lưu ý rằng theta (trở kháng) được đóng góp bởi đồng giữa miếng đệm nhiệt và tản nhiệt riêng biệt sẽ thấp hơn nhiều so với theta_CA đối với tản nhiệt chỉ bằng đồng vì nó vận chuyển nhiệt hoàn toàn bằng cách dẫn, không phải bức xạ.)
Tản nhiệt mặt đất
Một kỹ thuật khác thường được sử dụng trong ngành (và được khuyến nghị bởi một số bảng dữ liệu) là đặt một số vias vào miếng đệm nhiệt, tất cả kết nối với mặt phẳng mặt đất (trong một bảng đa lớp). Bằng cách này, máy bay mặt đất là tản nhiệt của bạn! (Lưu ý: những vias này phải bị ngập ở nơi chúng kết nối với miếng đệm nhiệt và mặt phẳng đất; nếu phần mềm PCB đặt nhiệt vào đó, ma thuật sẽ chết.) Tuy nhiên, nếu những vias này không được lấp đầy, chất hàn của miếng đệm nhiệt sẽ chảy xuống chúng bằng hành động mao dẫn, tránh xa miếng đệm, làm suy yếu nó (như mô tả ở trên). Để tránh điều này, hãy lấp đầy các lỗ (đắt tiền) hoặc đổ đồng vào bên dưới con chip như trên, và đặt tất cả các vias nhiệt vào đồng có mặt nạ hàn (khuyến nghị của tôi).
Lưu ý rằng nếu tản nhiệt đổ đồng không có căn cứ, chúng ta sẽ gặp lỗi quy tắc vì đồng và miếng đệm không có cùng một mạng (chúng không có lưới vì nó chỉ có một "pin") và chúng trùng nhau, vì vậy chúng tôi thêm một ghi chú vào bản vẽ nói với con người bỏ qua những lỗi đó.
Hy vọng điều này sẽ giúp bạn giữ khoai tây chiên của bạn không chiên!