Тепловой барьер (Thermal Relief) — это конструктивный элемент соединения контактной площадки (pad) с массивной медной областью (полигоном, plane) на печатной плате. Он представляет собой не сплошное соединение, а несколько узких проводников-перемычек (спиц), которые уменьшают площадь теплового контакта. Основная функция — снизить скорость отвода тепла от площадки во время пайки, обеспечивая её равномерный прогрев для формирования качественного паяного соединения.
Конструкция и параметры
Тепловой барьер формируется в слое меди при трассировке. Стандартная конструкция включает 2–4 спицы (thermal spokes) шириной 0.15–0.25 мм. Ширина спицы и их количество являются компромиссом: они должны обеспечивать достаточный электрический контакт и механическую прочность, но ограничивать тепловой поток. Без теплового барьера площадка, соединённая с массивным полигоном, выступает как радиатор, что приводит к холодной пайке (insufficient solder joint или cold solder joints) из-за слишком быстрого остывания припоя.
Область применения
Тепловые барьеры применяются для контактных площадок, электрически соединённых с полигонами земли (GND) или питания (PWR), особенно при пайке волной (wave soldering) и ручном монтаже. Для пайки оплавлением (reflow) их использование менее критично, но часто сохраняется для унификации конструкции. Согласно рекомендациям IPC-2221, тепловые барьеры обязательны для отверстий, используемых в сочетании с внутренними плоскостями.
Технологический аспект в производстве
В процессе пайки волной недостаточный прогрев площадки из-за отвода тепла в полигон может вызвать дефекты: пропуск пайки (skip solder), образование паяльных перемычек (bridging) или пустот (voids). Тепловой барьер минимизирует эти риски. Однако его проектирование требует учёта токовой нагрузки: слишком узкие спицы могут перегреваться при прохождении рабочего тока, что проверяется анализом целостности питания (PDN analysis).
Отличие от прямого соединения
Альтернативой тепловому барьеру является прямое (сплошное) соединение площадки с полигоном (flooded pad). Оно обеспечивает лучший теплоотвод и большую токопроводящую способность, но делает пайку практически невозможной для сквозных отверстий при использовании пайки волной. Для SMD-компонентов в некоторых случаях (например, для теплоотводящих площадок QFN-корпусов) прямое соединение намеренно используется для улучшения тепловых характеристик.
Источники: IPC-2221 «Generic Standard on Printed Board Design» (разделы, касающиеся соединений с плоскостями), внутренние руководства по проектированию CAD-систем (Altium Designer, Cadence Allegro).