Hallo, ich bin der Lead‑Dozent der HILPCB Design Academy. Ein Detail wird oft unterschätzt: thermal relief design. Es ist wie ein Verkehrsknoten auf der PCB: Strom muss sauber fließen, und gleichzeitig muss das Löten „baustellentauglich“ sein. Schlechte Thermals führen zu Cold Joints, Tombstoning, instabilen Power‑Netzen oder sogar Ausfällen.
Diese Anleitung vermittelt thermal relief design von Grund auf – verknüpft mit Stackup Planning, Placement und Routing – und ergänzt das Ganze um praktische DFM‑Checks.
Drei Fragen vor dem Klick auf „Thermal Relief“
1. Was ist das Hauptziel der Verbindung?
- Power / High Current? Thermals erhöhen R/L. Für kritische Pins: Spokes verbreitern, mehr Spokes oder Solid Connection.
- Signal? Für High‑Speed können Plane‑Voids Impedanzdiskontinuitäten erzeugen (
high speed trace routing guide). - GND? Stabiler Low‑Impedance‑Referenz. Für Heat‑Spreading‑Pads ggf. solid in große Kupferflächen.
2. Welche Bauteilart?
- THT: ohne Thermals wird die Plane zum Heat‑Sink → Cold Joint.
- SMD: ungleiches Pad‑Thermal‑Mass → Tombstoning.
3. Wie wichtig ist Rework?
- Solid in eine große Plane ist elektrisch gut, aber praktisch schwer reworkbar. Thermal relief design ist ein Trade-off.
Kernaussage: Thermal relief design ist ein Trade-off: 2–4 Spokes verbinden Pad und Plane, reduzieren benötigte Wärme und verbessern Yield.
Parameter und Stackup Planning
- Spoke Width, Air Gap, Number of Spokes sind die zentralen Parameter.
Stackup‑Aspekte
- Kupferdicke: dickes Kupfer verstärkt Heat‑Sink‑Effekte; bei Heavy Copper PCB empfiehlt HILPCB ein gezieltes Review der Thermal‑Regeln.
- Plane‑Integrität: Thermals erzeugen Islands; bei
mixed signal pcb layoutund High‑Speed‑Diff‑Pairs Return‑Paths prüfen.
Placement‑Strategie
- Power‑Parts gruppieren; HF‑Decoupling‑GND möglichst solid oder multi‑via (ESL runter).
- Temperatur‑sensitive Parts isolieren; saubere GND‑Referenz (wichtig in
mixed signal pcb layout). - SMD‑Pad‑Thermal‑Balance prüfen → Tombstoning vermeiden.
Routing: wann thermals vermeiden
Decision flow: Pad‑Connection wählen
- Pin‑Funktion: Power/GND/High‑Speed/I/O?
- Current/Frequency: >500 mA? >100 MHz?
- Typ: THT/SMD? Thermal Pad?
- Regeln:
- High‑Current/Thermal Pad: Solid oder Wide‑Spokes.
- High‑Speed via: auf Reference‑Planes keine Thermals (Return‑Path continuity).
- General: 4‑Spoke.
- HF‑Decoupling: solid oder multi‑via (ESL).
- Manuell optimieren: kritische Netze prüfen.
Vias: elektrisch vs thermisch
- Electrical vias an Planes: ggf. Thermal‑Regeln, sonst Heat‑Sink‑Effekt (siehe
via selection tutorial). - Thermal vias: nie thermal relief, wenn sie Heat‑Spreading‑Copper anbinden. Für anspruchsvolle Thermik: High Thermal PCB.
DRC, PI, DFM
DRC‑Regeln für Thermals, PI (IR Drop bei zu schmalen Spokes) und DFM‑Review (HILPCB bietet kostenlosen DFM‑Check).
| Check | Ziel | Typischer Fehler |
|---|---|---|
| THT‑Pins | THT‑Pins an Planes mit Thermals | Solid → schlecht lötbar / Cold Joint |
| SMD‑Balance | Thermal‑Mass beider Pads ähnlich | Ein Pad solid, anderes dünn → Tombstoning |
| Power‑Spoke‑Width | Spokes tragen erwarteten Strom | Default thin spokes → Hotspot/IR Drop |
| Thermal Vias | Thermal Vias solid an Heat‑Copper | Thermals auf Thermal Vias → schlechte Wärmeabfuhr |
| Reference‑Plane | Return‑Path‑Kontinuität unter High‑Speed | Thermals unter Diff‑Vias → Impedanzsprung |
Manufacturing Files
Gerber (Plane‑Darstellung prüfen) und Fabrication Notes (besondere Solid‑Requirements klar markieren).
HILPCB Design‑Support
HILPCB unterstützt nicht nur in der Fertigung:
- DFM/DFA Review: automatisierte Tools + Erfahrung, inkl. Thermal‑Checks.
- Stackup/Impedance Modeling: real‑material‑basierte Modelle, z. B. [Multilayer PCB](/products/multilayer-pcb).
- Production Feedback: Yield‑Trends und Failure Analysis für kontinuierliche Optimierung.
Fazit
Thermal relief design verbindet Elektrik, Prozess und Thermik. Mit klaren Regeln, DRC/PI/DFM‑Checks und frühem HILPCB‑DFM/DFA‑Input liefern Sie schneller Prototypen und Serie – bei Qualität und Compliance.