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热焊盘设计指南

Zachariah Peterson

| 已创建：March 22, 2021 | 已更新：December 19, 2025

At a Glance

Altium 中的 CAD 工具非常适合用于 SMD 焊盘和通孔引脚的热隔离设计。

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在 DFA 指南中讨论的最常见 PCB 组装缺陷之一是立碑现象（tombstoning），第二常见的可能是冷焊点（cold joints），后者尤其常见于通孔引脚。虽然这两类问题看起来似乎没有关联，但它们都与热量从元件引脚或焊盘流失有关。在 PCB 布局中，通常通过在受影响元件上添加热隔离焊盘（thermal relief pad）来解决这一问题，从而在焊接过程中限制热量扩散。

接下来的问题就是：什么时候应该使用热焊盘，哪些元件需要它们？有些 DFA 指南会把热焊盘的使用描述成一种“到处都需要”的做法，有时 PCB 或项目中的默认设计规则也会在整个设计中强制这样做。在本指南中，我们将拆解如何为热焊盘选择合适的设置，以及应将它们应用在何处。

应在何处应用热隔离

下图展示了 PCB 布局中热隔离的一个简单示例。这些热隔离由一些细小的辐条组成，用来将铜皮连接到 SMD 元件焊盘或通孔引脚焊盘。这些热隔离通常会由 CAD 工具自动生成，因此你无需手动画出这些由细线或填充区域构成的辐条连接。

通孔引脚上的热隔离。

这里我们看到两种推荐使用热隔离的情况：

在阻焊定义的 SMD 焊盘上，即位于覆铜区上的焊盘
在与平面层建立连接的通孔引脚焊盘上

以下情况通常不需要热隔离

连接到小面积覆铜区的阻焊定义 SMD 焊盘上
连接到小面积覆铜区的通孔引脚焊盘上
连接到覆铜区或平面层的过孔上，即使该覆铜区同时连接到某个 SMD 焊盘

最后一点非常重要，因为从技术上说，确实可以在过孔上设置热隔离。坦率地说，如果某个过孔连接到一片覆铜，而这片覆铜又连接到某个 SMD 焊盘，那么在这个过孔上设置热隔离并没有价值。如果确实需要热隔离，应直接加在 SMD 焊盘上，而不是加在过孔上。目标是将热量限制在 SMD 焊盘处，而不是让它扩散到大面积铜区中。

左图：针排的通孔引脚上的热隔离。右图：同层连接到覆铜区的 SMD 焊盘上的热隔离。

还有一些情况也不需要热隔离，尤其是在 SMD 元件上。这些包括：

当覆铜连接看起来与走线非常相似时
在芯片贴装焊盘（die-attached pads）上，即集成电路上的相关焊盘
当能够保证焊接过程中整块电路板受热均匀时

最后一点与焊接工艺有关。在回流焊中，你不太可能需要在所有位置都加热隔离焊盘。然而，如果你将手工焊接所有 SMD 元件，尤其是 SMD 无源器件，那么在这些无源器件的 SMD 焊盘上添加热隔离可能是有意义的。热风焊接或热板焊接则更像是一个不确定因素，因为它们非常依赖装配人员的技能以及所使用的设备。

多大的覆铜区才算“大”？

这是一个重要问题，因为它决定了何时应在通孔引脚或 SMD 焊盘上放置热隔离。对于通孔元件，我们通常会在其与平面层的连接处设置热隔离。然而，如果我们不是使用平面层，而是在某一层使用覆铜区，那么本质上是同样的情况：一大片铜区会从引脚处带走热量，因此可能需要热隔离。对于位于铜区上的 SMD 元件，例如表层上的大面积铜填充，也会出现同样的效应。

但如果你把这些元件连接到某一层的多边形区域上，是否每一个多边形都需要热隔离？我认为答案是“否”。

当覆铜区非常小时，它看起来更像一根走线，因此通常不需要热隔离。
当内层覆铜区非常大时，它看起来就很像一个平面层，此时通孔就需要热隔离。
当表层覆铜区大到足以覆盖大部分表面时，它同样类似于平面层，因此也需要热隔离。

在“非常小”和“非常大”的覆铜区之间，存在一个临界点：从这个点开始，元件引脚或焊盘上的热隔离变得有必要。若不通过焊接测试样板对大批量板卡进行验证，很难准确预测这个临界点在哪里。同时，回流焊和手工焊之间也很可能存在差异。虽然这个问题可以通过仿真研究，但更好的方法是接受这样一个事实：热隔离何时变得必要，应通过已装配电路板的质量检测结果来确定。

热隔离应如何设计？

设计人员其实不需要花费大量精力去创建热隔离。通常，从引脚或焊盘四个方向伸出的简单辐条连接就足够了。辐条走线的尺寸，以及间隙或开口的大小，应选择得当，以确保边缘特征不会过小。不要把焊盘辐条做得太细，以至于低于蚀刻工艺极限。同时，焊盘周围的开口也要足够大，以保证高于边缘间距限制。

通常来说，8 mil 线宽配合 10 mil 间隙足以满足大多数元件的需求。对于封装更小、布置密度更高的无源器件，则可以适当减小线宽和间隙，以便这些辐条能够围绕焊盘布设。

在 Altium 中应用于自定义焊盘的热隔离。

Altium 中的热隔离设计

Altium 提供了多种方式，可在 SMD 器件和通孔元件上实现热隔离焊盘。这些方式既可以全局应用，也可以选择性应用，具体如下：

通过平面层或多边形连接设计规则应用热隔离样式
通过设计规则应用热隔离焊盘，并将作用范围限定到特定封装或元件类
基于焊盘/引脚属性，将热隔离焊盘应用到特定的 SMD 焊盘或通孔引脚

Altium 中的设计规则系统和查询系统允许你针对不同类型的元件或元件组灵活组合使用这些方法。如果你使用设计规则，也始终可以手动在特定通孔引脚或 SMD 焊盘上应用热隔离。

如需进一步了解如何在 PCB 布局中应用热隔离焊盘，请查看 Altium 文档中的以下链接：

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关于作者

Zachariah Peterson拥有学术界和工业界广泛的技术背景。在从事PCB行业之前，他曾在波特兰州立大学任教。他的物理学硕士研究课题是化学吸附气体传感器，而应用物理学博士研究课题是随机激光理论和稳定性。他的科研背景涵盖纳米粒子激光器、电子和光电半导体器件、环境系统以及财务分析等领域。他的研究成果已发表在若干经同行评审的期刊和会议论文集上，他还为多家公司撰写过数百篇有关PCB设计的技术博客。Zachariah与PCB行业的其他公司合作提供设计和研究服务。他是IEEE光子学会和美国物理学会的成员。

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