Un alivio térmico en una PCB es una conexión entre una almohadilla y el cobre que utiliza radios estrechos de cobre en lugar de unir la almohadilla al plano circundante por todo su perímetro. Los radios mantienen la conexión eléctrica y, al mismo tiempo, limitan parte del flujo de calor que se aleja de la almohadilla durante la soldadura. Esto puede facilitar que una conexión unida a una gran superficie de cobre alcance la temperatura de soldadura.

La contrapartida es importante: la misma limitación que ayuda durante el montaje también afecta a la trayectoria eléctrica y térmica durante el funcionamiento. Un pin de conector de baja corriente, un terminal de alta corriente y la almohadilla expuesta de transferencia térmica bajo un dispositivo de potencia no necesitan necesariamente la misma conexión. Elija la geometría según el circuito y el proceso de montaje reales, y después verifíquela con el fabricante de la placa y el ensamblador.

Para conocer el proceso completo de soldadura, consulte los fundamentos de la soldadura de orificio pasante. Para controlar la temperatura durante el montaje de componentes de montaje superficial, consulte los fundamentos del perfil de reflujo. Aquí se decide la conexión de cobre en la almohadilla o el vía y cómo interactúa con esos procesos.

Vistas esquemáticas desde arriba que comparan una almohadilla conectada al cobre mediante radios con otra conectada directamente al cobre circundante

El dibujo es una vista esquemática desde arriba, no un patrón de fabricación ni una recomendación dimensional. 1 es la almohadilla, 2 los radios de cobre, 3 el cobre circundante y 4 una conexión directa al cobre. El espacio visible es una separación en el cobre; no equivale automáticamente a una abertura de la máscara de soldadura. El número y las dimensiones de los radios deben elegirse para cada diseño.

Fotografía de cerca de uniones soldadas de orificio pasante y pistas de cobre en una placa de circuito

Fotografía de una placa de circuito real con uniones soldadas y pistas; la imagen no identifica cómo se conecta la almohadilla subyacente al plano. Foto: Tima Miroshnichenko / Pexels.

¿Por qué un plano de cobre grande puede dificultar la soldadura de una unión?

Una unión de soldadura debe alcanzar una temperatura adecuada para la aleación y el fundente utilizados. Cuando una almohadilla está conectada a una superficie considerable de cobre, parte del calor suministrado se transfiere a ese cobre mientras se calienta la unión. La cantidad depende de la geometría y el espesor del cobre, las conexiones en otras capas, el componente, la placa y el proceso de soldadura.

En un conector de orificio pasante conectado a un plano de tierra, puede que el ensamblador tenga que calentar no solo el terminal y la almohadilla visible, sino también el cilindro metalizado y el cobre conectado. Si la unión no recibe el calor necesario con el proceso cualificado, la humectación o el relleno del orificio pueden ser insuficientes. Una conexión con radios puede reducir una de las vías por las que el calor sale de la almohadilla y facilitar el calentamiento de la unión. No sustituye a un fundente adecuado, superficies limpias, un diseño correcto de la unión ni un proceso de soldadura controlado.

El efecto es distinto en un componente de montaje superficial que pasa por un horno de reflujo. Si los dos extremos de una pieza pequeña tienen conexiones de cobre muy diferentes, pueden calentarse de manera distinta. Es un factor que se debe revisar cuando una pieza se levanta o desplaza durante el reflujo; también influyen los depósitos de pasta, la colocación, la geometría del componente y el perfil de temperatura real. No diagnostique el efecto tombstone basándose únicamente en la forma del cobre.

Alivio térmico, almohadilla térmica y vía térmico: funciones diferentes

Los términos suenan parecidos, pero describen elementos distintos:

Una conexión de alivio térmico es la conexión de cobre en forma de radios entre una almohadilla o un vía y un plano o una zona de cobre circundante.
Una almohadilla térmica expuesta es una característica del encapsulado, a menudo en la parte inferior de un circuito integrado, diseñada para conectarse a una isla correspondiente de la placa y transferir calor y, en ocasiones, establecer también una conexión eléctrica.
Un vía térmico es un vía que forma parte de una trayectoria que conduce calor entre capas o superficies de la placa.
Una abertura de la máscara de soldadura deja expuesta una zona de cobre para soldar o para otro fin; se define por separado de la geometría del alivio en el cobre.

Un alivio térmico puede ralentizar la salida de calor de una unión durante el montaje. Una almohadilla térmica expuesta y sus vías térmicos pueden diseñarse para conducir el calor lejos de un dispositivo en funcionamiento. Por tanto, aplicar conexiones con radios a todas las almohadillas y vías porque la opción predeterminada del CAD dice «térmico» puede perjudicar la trayectoria térmica prevista.

El documento Best Practices for Board Layout of Motor Drivers de Texas Instruments, SLVA959B, ilustra esta diferencia en el contexto de los controladores de motor: una conexión sólida en los vías térmicos pertinentes ofrece una trayectoria de calor menos restringida hacia las capas de cobre. Su documento PowerPAD Layout Guidelines, SLOA120, hace una recomendación similar para las construcciones que describe. Son ejemplos de recomendaciones para componentes y aplicaciones concretos, no una prueba de que todas las almohadillas de potencia o todos los vías deban usar la misma conexión. Siga la documentación del componente específico y evalúe la placa completa.

¿Alivio o conexión directa? ¿Qué pregunta va primero?

Conexión que se revisa	Por qué podría considerarse un alivio	Por qué podría considerarse una conexión directa	Evidencias que se deben acordar
Pin soldado de orificio pasante conectado a un plano grande	Reducir el flujo de calor hacia el plano mientras se calienta la unión.	Mantener una trayectoria de cobre más robusta cuando lo exijan los requisitos eléctricos o térmicos.	Diseño de la unión, proceso de soldadura, método de inspección y requisitos eléctricos.
Componente pequeño de montaje superficial con dos terminales	Ayudar a revisar el equilibrio térmico entre sus dos almohadillas.	Conservar la trayectoria eléctrica necesaria o el patrón de tierras específico del componente.	Geometría de la pasta y las almohadillas, cobre a cada lado, colocación y comportamiento durante el reflujo.
Terminal de potencia o almohadilla que conduce corriente	Hacer viable la soldadura si la geometría es adecuada para la carga.	Proporcionar más superficie de conexión al cobre cuando lo requiera el análisis de corriente y aumento de temperatura.	Perfil de carga, geometría del cobre, límites de temperatura y validación del montaje.
Almohadilla expuesta de un dispositivo de potencia o vía de transferencia térmica	El alivio solo podría ser pertinente para una necesidad de soldadura distinta si no perjudica el diseño previsto.	Mantener la trayectoria térmica especificada para el componente y la placa.	Patrón de tierras del componente, trayectoria térmica, tratamiento de los vías y temperaturas del dispositivo medidas o analizadas.
Conexión de tierra de RF o relacionada con una señal	El montaje también necesita un proceso repetible.	Conservar una geometría de referencia o de tierra seleccionada por su rendimiento eléctrico.	Recomendaciones de disposición del componente y análisis de RF o integridad de señal para la estructura real.

Una tabla no puede decidir estas conexiones por sí sola. El diseñador es responsable del circuito y de los requisitos de rendimiento; el fabricante y el ensamblador pueden revisar si la geometría de cobre propuesta se puede fabricar y soldar con el proceso acordado. Si la trayectoria eléctrica o térmica preferida dificulta la soldadura, analicen juntos el proceso y el diseño en lugar de estrechar la conexión sin comunicarlo.

¿Qué cambia con la anchura, el número y la separación de los radios?

Un alivio consta de radios de cobre, una almohadilla y un espacio entre la almohadilla y la zona de cobre circundante. En geometrías comparables, unos radios más anchos o eficaces suelen reducir la resistencia eléctrica y conducir más calor al plano, lo que también puede aumentar el calor necesario para llevar la unión a la temperatura de soldadura. Una separación mayor suele alargar los radios y restringir más esas trayectorias, aunque también puede afectar al cobre alrededor de elementos cercanos. Estas variables interactúan y describen tendencias, no una capacidad de corriente; evalúelas en conjunto en la geometría realmente generada.

Tenga en cuenta la geometría que se fabricará de verdad. Una regla de CAD puede solicitar varios radios, pero las separaciones cercanas, una almohadilla adyacente, el contorno de la placa o una zona de cobre que compita pueden modificar el resultado del relleno. La anchura mínima de fabricación y la capacidad de registro del fabricante también pueden limitar un radio estrecho. Después de volver a rellenar las zonas y generar los datos de fabricación, compruebe el cobre resultante en cada capa pertinente. Los ajustes especificados y el patrón de cobre terminado no son necesariamente iguales.

No hay un número, una anchura ni una separación de radios universal, ni un límite de corriente que sirva para todas las placas. No multiplique un valor genérico de corriente de pista por el número de radios visibles y dé la almohadilla por aprobada. También importan la distribución de corriente, el espesor y la geometría del cobre, la temperatura, las fuentes de calor cercanas, las tolerancias y el resto del circuito. Para una conexión exigente, la autoridad de diseño debe definir un plan de análisis y validación apropiado para la estructura real.

Ejemplo de comprobación geométrica

Supongamos que una almohadilla redonda tiene 1,20 mm de diámetro y que el diseño especifica una separación radial de alivio de 0,22 mm a cada lado. En este ejemplo hipotético y concéntrico, el diámetro exterior nominal de la zona despejada es:

1,20 mm + 2 × 0,22 mm = 1,64 mm

El valor describe el diámetro exterior máximo de la zona de separación antes de tener en cuenta los elementos adyacentes; los radios de cobre siguen cruzando el espacio. No es el diámetro del orificio taladrado, la abertura de la máscara de soldadura, una separación recomendada ni una tolerancia de la placa terminada. Para una almohadilla oblonga o de forma personalizada, inspeccione la geometría generada real en lugar de tratarla como un círculo. Antes de aprobar las dimensiones, confirme las reglas del fabricante sobre cobre mínimo y separaciones para el apilado y el peso de cobre elegidos.

Esta comprobación del dibujo no es una especificación de fabricación de APTPCB ni un cálculo de corriente o calentamiento: la anchura de los radios, el número real de radios conectados, el cobre de las capas internas y el proceso de soldadura siguen siendo datos independientes.

Compruebe la salida real del CAD

En una herramienta CAD basada en zonas, compruebe el ajuste de conexión de la zona, el footprint y la almohadilla individual pertinentes; después, vuelva a rellenar el cobre e inspeccione la forma resultante en cada capa afectada. Busque un radio ausente, una isla de cobre aislada o una conexión sólida que haya quedado en una capa interna. Ejecute las comprobaciones de conectividad y de reglas de diseño y, a continuación, inspeccione las capas de cobre exportadas junto con las salidas de taladrado y máscara.

Por ejemplo, la documentación de PCB Editor 10.0 de KiCad describe las anulaciones de conexión de almohadillas y footprints, además de los ajustes de zona para la separación de alivio y la anchura de los radios. También registra un detalle que depende de la versión: antes de KiCad 9, introducir 0 para la separación de alivio o la anchura de los radios de una almohadilla hacía que se heredara el valor; en KiCad 9 y posteriores, 0 es un valor explícito, mientras que un campo vacío hereda el valor. Antes de modificar un diseño existente, confirme la versión y el relleno generado real. Otras herramientas CAD tienen sus propias reglas y pueden usar otra terminología.

Los pines de orificio pasante y las almohadillas de montaje superficial requieren comprobaciones distintas

En un orificio metalizado, examine más que el anillo anular de la capa superior. El barril puede conectarse al cobre de varias capas, cada una con su propia relación entre la almohadilla y el plano. El patrón de alivio propuesto debe revisarse teniendo en cuenta el taladrado, el diámetro final del orificio, las conexiones internas, el terminal del componente y el método de soldadura. Una superficie superior que parece correcta no muestra por sí sola el estado completo de la unión; la inspección y la aceptación deben seguir los requisitos acordados para el producto.

En una almohadilla de montaje superficial, compare todo el entorno de cobre de los terminales pertinentes. Una almohadilla puede conectarse directamente a una zona grande y la otra a una pista estrecha. Otra capa o un vía cercano también puede evacuar calor. Si el equipo de montaje observa un reflujo irregular o una pieza levantada, revise conjuntamente los depósitos de pasta, la orientación de la pieza, la colocación, el perfil y las conexiones de cobre antes de cambiar solo el ajuste de alivio.

La máscara de soldadura no determina si la almohadilla está conectada mediante radios o cobre sólido. El cobre y la máscara son capas de fabricación distintas. Una isla definida por la máscara, una isla definida por el cobre y una conexión de alivio responden a preguntas geométricas diferentes. Revise las salidas de cobre y máscara frente a las recomendaciones del patrón de tierras del componente y las reglas del fabricante; consulte las reglas de separación y dique de la máscara de soldadura para conocer los aspectos específicos de la máscara.

Una placa hipotética con tres conexiones diferentes

Imagine una placa controladora con un conector de señal de orificio pasante de baja corriente, un conector de alimentación que transporta una corriente considerable y un circuito integrado controlador de motor con una almohadilla expuesta destinada a transferir calor a la placa. Los tres tocan grandes superficies de cobre, pero un único ajuste global de «alivio térmico en todas partes» dejaría sin respuesta tres preguntas diferentes.

Conexión	Opción candidata según las condiciones	Qué verificar antes de liberar el diseño
Conector de señal de baja corriente	Empezar con alivio térmico si no hay una restricción eléctrica especial y los radios generados cumplen las reglas de diseño y fabricación.	El cobre real en todas las capas conectadas, la suficiencia eléctrica, el calentamiento y la inspección con el método de soldadura previsto.
Conector de alimentación	Empezar con una conexión sólida si el análisis indica que los radios propuestos superan la caída de tensión o el aumento de temperatura permitidos.	La trayectoria de corriente completa bajo la carga especificada; ajustar el proceso de soldadura a la mayor carga térmica y verificar la calidad de la unión.
Vías térmicos del controlador de motor	Utilizar la estructura sólida exigida por la documentación exacta del componente cuando esta requiera una conexión completa para transferir calor.	La construcción especificada de la almohadilla expuesta y los vías, las conexiones eléctricamente correctas a los planos, los requisitos de montaje y la temperatura de funcionamiento del dispositivo.

Estas son opciones candidatas para esta placa hipotética, no resultados de pruebas, un caso de cliente de APTPCB ni umbrales generales de corriente. Registre las almohadillas y capas afectadas, el motivo de cada excepción y las evidencias necesarias para la liberación. Por tanto, una regla global puede tener excepciones locales documentadas.

¿Qué debe comprobar si la soldadura resulta difícil?

Observación	Qué comprobar antes de cambiar el diseño	Posible seguimiento
Una unión de orificio pasante tarda en calentarse.	Cobre conectado en todas las capas, geometría del terminal y el orificio, precalentamiento, fundente y método de soldadura.	Revisar una conexión de alivio o un cambio del proceso de montaje teniendo en cuenta el requisito eléctrico.
Un extremo de un componente pequeño se levanta o desplaza.	Cantidad de pasta, colocación, geometría de las almohadillas, desequilibrio del cobre y perfil medido.	Corregir la causa confirmada; comparar las conexiones de ambas almohadillas después de cualquier cambio.
Una almohadilla que conduce corriente se calienta más de lo previsto.	Carga y ciclo de trabajo, geometría real del cobre y los radios, estado de la unión, ubicación de medición y otras fuentes de calor.	Reevaluar la trayectoria eléctrica y la temperatura en las condiciones de funcionamiento especificadas.
Un circuito integrado de potencia está más caliente de lo esperado.	Montaje del componente, soldadura de la almohadilla expuesta, conexiones de cobre y vías térmicos, trayectoria entre la placa y la carcasa y condiciones de funcionamiento.	Comparar con las recomendaciones térmicas del fabricante del componente y validar la placa revisada.
Una almohadilla CAD parece desconectada después de rellenar una zona.	Asignación de red, prioridad de zonas, separaciones, geometría mínima de los radios y anulaciones específicas de la almohadilla.	Corregir el diseño aprobado, volver a rellenar las zonas, repetir las comprobaciones de conectividad e inspeccionar las capas trazadas.

Son puntos de partida para investigar. No aumente la temperatura del soldador, cambie una receta de reflujo ni ensanche una conexión de cobre sin comprobar los límites del componente, el proceso de montaje y el efecto en el resto de la placa.

Compare dos conexiones candidatas antes de liberar el diseño

Si los requisitos de soldadura y funcionamiento apuntan en direcciones distintas, compare las geometrías propuestas con muestras representativas en lugar de elegir a partir de un umbral genérico de corriente. Por ejemplo, un equipo podría fabricar el candidato A con una conexión de radios acordada y el candidato B con una conexión directa para el mismo pin de orificio pasante. Se trata de un experimento propuesto, no de un resultado medido:

Registre para cada candidato la revisión de la placa, las capas de cobre y la construcción final, las dimensiones de la almohadilla y el orificio, y la conexión generada real en cada capa afectada.
Mantenga constantes el componente, la aleación de soldadura, el fundente, la manipulación de la placa y el proceso de montaje previsto; registre las diferencias de proceso y el tamaño de la muestra. Incluya el método de soldadura real de producción, en lugar de suponer que la soldadura manual representa un proceso por ola o selectivo.
Defina los criterios de aceptación del proyecto antes de las pruebas. Inspeccione las uniones con el método acordado; si una cuestión de relleno interno del orificio requiere un examen destructivo, acuerde la muestra y la ubicación del corte. Un corte es una observación local, no una prueba de todas las uniones.
Evalúe por separado la conexión eléctrica y la temperatura con la corriente de funcionamiento, el ciclo de trabajo y el entorno especificados. Compare cada resultado con los límites de diseño; una unión de buen aspecto no demuestra el margen térmico en funcionamiento.
Registre la geometría elegida, las evidencias, los riesgos pendientes y quién aprueba. Si ninguno de los candidatos satisface tanto los requisitos de montaje como los de funcionamiento, revise el diseño o el proceso y repita las comprobaciones pertinentes.

Un piloto pequeño puede revelar una diferencia práctica, pero no demuestra la fiabilidad durante toda la vida útil ni la tasa de defectos de producción. Acuerde el muestreo y cualquier cualificación adicional con los equipos de producto y calidad.

¿Qué debe incluirse en la entrega para fabricación y montaje?

Proporcione los datos liberados de cobre y máscara de soldadura, los archivos de taladrado, el apilado, la información de los componentes, los planos de fabricación y montaje y el proceso de soldadura previsto. Identifique las almohadillas o vías que requieran un estilo de conexión específico, incluidas las características de transferencia térmica o las redes críticas por corriente. Señale los cambios de diseño que el fabricante o ensamblador debe devolver para su aprobación, en vez de suponer que se acepta un ajuste CAM global.

Un registro breve de revisión puede hacer que la decisión sea reproducible:

Registro para cada almohadilla o vía crítico	Dato específico del proyecto que se debe acordar
Identificación	Revisión de la placa, designador de referencia, almohadilla/red y capas afectadas.
Cobre propuesto	Conexión de alivio o sólida; geometría generada de los radios o conexión directa; excepciones a las reglas predeterminadas.
Necesidad eléctrica y térmica	Corriente de funcionamiento y ciclo de trabajo, temperatura o caída de tensión permitida, requisitos de trayectoria térmica del componente.
Montaje	Método de soldadura, limitaciones del componente y cómo se accederá a la unión y se inspeccionará.
Evidencias de liberación	Plano y criterios aplicables, muestra y plan de pruebas, resultados, desviaciones abiertas y responsable de la decisión.

Adjunte al registro los criterios de aceptación acordados y los resultados de montaje, inspección y temperatura de funcionamiento. Una comprobación de reglas de diseño para fabricación evalúa las reglas geométricas codificadas; no demuestra la calidad de la unión ni el rendimiento en funcionamiento.

Solicite un presupuesto o póngase en contacto con el equipo con los datos de la placa y cualquier requisito especial de conexión o montaje. El equipo del proyecto podrá acordar la revisión de fabricabilidad y los entregables disponibles. La autoridad de diseño del producto sigue siendo responsable del rendimiento del circuito, los límites de los componentes y la cualificación final del producto.

Preguntas frecuentes

¿Todas las almohadillas de tierra deben usar alivio térmico?

No. La respuesta depende de la función de la almohadilla, la trayectoria del cobre, los requisitos del componente y el método de soldadura. Un pin de conector eléctricamente poco crítico y una conexión de tierra que deba conducir mucho calor o corriente pueden tener prioridades distintas.

¿Un alivio térmico enfría un componente?

En este contexto, su propósito principal es reducir el flujo de calor entre una almohadilla y el cobre circundante durante la soldadura. Restringir esa misma trayectoria puede hacerlo menos eficaz para alejar el calor de un componente en funcionamiento. Evalúe todo el diseño térmico en lugar de elegir un alivio porque su nombre incluya «térmico».

¿Se puede soldar una almohadilla conectada a cobre sólido?

Sí, siempre que la unión y el proceso de montaje sean adecuados para la carga térmica real. El equipo, el perfil o el método de calentamiento local necesarios dependen de la placa, el componente y el proceso de soldadura. Confirme el método e inspeccione la unión resultante según los requisitos aplicables del proyecto.

Referencias

Texas Instruments, Best Practices for Board Layout of Motor Drivers, SLVA959B, revisión de octubre de 2021: trayectorias térmicas y opciones de conexión de vías en el contexto de controladores de motor.
Texas Instruments, PowerPAD Layout Guidelines, SLOA120, mayo de 2006: recomendaciones sobre almohadillas expuestas y vías térmicos para las construcciones descritas.
Altium Designer, Internal Power & Split Planes: opciones de conexión de planos mediante alivio, conexión directa o sin conexión, y aspectos de fabricación.
KiCad, PCB Editor 10.0 documentation: ajustes de conexión de zonas, geometría del alivio y anulaciones específicas de almohadillas; consulte la documentación de la versión utilizada.