Thermal Relief Pad:La Guida Definitiva per PCB Saldabili
Il 30% dei difetti di saldatura è causato da thermal relief mal progettati. Impara a bilanciare saldabilità e performance termica.
Hommer Zhao
Technical Director · 8 Febbraio 2026
Hai mai provato a saldare un componente through-hole su un ground plane solido? Il saldatore non riesce a portare il pad alla temperatura giusta, il flussante brucia, e il risultato è una saldatura fredda. Il thermal relief è la soluzione elegante a questo problema ingegneristico.
Ma non è solo una questione di saldabilità. Un thermal relief mal progettato può compromettere la dissipazione termica, l'integrità del segnale e la capacità di corrente. In questa guida vedremo come bilanciare questi fattori.
"Il 90% dei progettisti usa i valori di default del CAD per i thermal relief. Funziona per prototipi, ma in produzione questi parametri vanno ottimizzati per il tuo processo specifico. Un cliente automotive ha ridotto i difetti di saldatura del 60% solo ottimizzando gli spoke width."
— Hommer Zhao, Technical Director
Indice dei Contenuti
1. Cosa Sono i Thermal Relief
Un thermal relief (o thermal pad) è un pattern di connessione tra un pad di saldatura e un piano di rame che utilizza sottili "raggi" (spoke) invece di una connessione solida. Questo pattern crea una barriera termica che limita il trasferimento di calore.
Senza Thermal Relief
Connessione solida: il calore del saldatore si disperde rapidamente nel piano di rame. Il pad non raggiunge mai la temperatura di fusione della lega.
- • Saldatura fredda probabile
- • Flussante bruciato
- • Tempo di saldatura eccessivo
Con Thermal Relief
Gli spoke limitano il flusso di calore. Il pad raggiunge rapidamente la temperatura corretta per una saldatura affidabile.
- • Saldatura rapida e pulita
- • Giunti affidabili
- • Processo controllabile
La Fisica del Thermal Relief
Resistenza Termica
R = L / (k × A)
Riducendo l'area (A) degli spoke, aumenta R
Tempo di Riscaldamento
Con thermal relief: 2-3 secondi
Senza: 5-10+ secondi
Delta Temperatura
Il pad può essere 50-100°C più caldo del piano circostante
2. Parametri di Design
Un thermal relief è definito da quattro parametri principali. La scelta corretta dipende dal compromesso tra saldabilità e performance elettrica/termica.
| Parametro | Descrizione | Range Tipico | Default IPC |
|---|---|---|---|
| Spoke Width | Larghezza dei raggi di connessione | 0.25-1.5 mm | 0.3 mm (12 mil) |
| Gap Width | Spazio tra spoke e piano di rame | 0.2-0.5 mm | 0.25 mm (10 mil) |
| Spoke Count | Numero di raggi | 2-8 | 4 |
| Spoke Angle | Angolo di rotazione del pattern | 0°, 45°, 90° | 45° |
Trade-off dei Parametri
Spoke Width ↑
+ Maggiore capacità di corrente
+ Migliore dissipazione termica
− Saldatura più difficile
− Più calore disperso
Gap Width ↑
+ Saldatura più facile
+ Maggiore isolamento termico
− Minore capacità di corrente
− Peggior dissipazione
Spoke Count ↑
+ Più percorsi per la corrente
+ Distribuzione termica uniforme
− Pattern più complesso
− Può ridurre saldabilità
Spoke Angle 45°
+ Routing più facile
+ Standard industriale
≈ 0° o 90° funzionalmente equivalenti
3. Spoke Pattern e Configurazioni
Esistono diverse configurazioni di thermal relief, ognuna adatta a scenari specifici. La scelta dipende dalla corrente, dalla dissipazione termica e dal processo di saldatura.
| Configurazione | Spoke | Corrente Max | Uso Tipico |
|---|---|---|---|
| Standard 4-spoke | 4 × 0.3mm | ~1.5A | Uso generale, segnali |
| Wide spoke | 4 × 0.8mm | ~3A | Alimentazione, LED |
| 2-spoke | 2 × 0.5mm | ~1A | Saldatura manuale critica |
| 6-spoke heavy | 6 × 1.0mm | ~5A | Power devices |
| Direct connection | Solido | >10A | Alta corrente, dissipazione |
Visualizzazione Pattern
4-Spoke 45°
Standard IPC
Wide 4-Spoke
Alta corrente
2-Spoke
Max saldabilità
Direct
No thermal relief
4. Quando Usare (e Non Usare) Thermal Relief
Non tutti i pad richiedono thermal relief. La decisione dipende dal tipo di componente, dal processo di saldatura e dai requisiti elettrici/termici.
✓ USA Thermal Relief
- •Componenti THT - Through-hole sempre con thermal relief per saldatura manuale o a onda
- •Test point e header - Devono essere saldabili e potenzialmente riparabili
- •SMD su ground plane - Componenti piccoli (0402-0805) che potrebbero non saldarsi correttamente in reflow
- •Via in pad SMD - Quando le via sono a contatto con pad di saldatura
- •Prototipazione - Facilita rework e modifiche
✗ EVITA Thermal Relief
- •Correnti >5A per pad - Gli spoke non possono gestire correnti elevate senza surriscaldamento
- •LED ad alta potenza - La dissipazione termica è critica, connessione diretta obbligatoria
- •MOSFET e regolatori - Il thermal pad deve essere solidamente connesso al dissipatore
- •RF e alta velocità - Gli spoke introducono induttanza che può degradare il segnale
- •Saldatura solo reflow - I forni moderni possono gestire connessioni dirette con profili ottimizzati
Albero Decisionale
Corrente per pad >3A? → Connessione diretta o spoke molto larghi
Componente THT? → Thermal relief obbligatorio (saldatura manuale/onda)
Dissipazione termica critica? → Connessione diretta
Segnale RF/alta velocità? → Connessione diretta o spoke larghi
Altrimenti → Thermal relief standard 4-spoke
5. Calcolo Capacità di Corrente
La capacità di corrente di un thermal relief dipende dalla sezione totale degli spoke. Ecco come calcolarla secondo IPC-2221.
Formula IPC-2221
Dove:
I = Corrente (A)
k = Costante (0.048 per layer esterni, 0.024 per interni)
ΔT = Aumento temperatura (°C)
A = Area sezione trasversale totale (mils²)
Valori Pratici (ΔT=10°C, Copper 1oz)
| Configurazione | Sezione Totale | Corrente Max | Con Margine 50% |
|---|---|---|---|
| 4 spoke × 0.25mm (10mil) | 1400 mils² | 1.8A | 1.2A |
| 4 spoke × 0.5mm (20mil) | 2800 mils² | 2.9A | 1.9A |
| 4 spoke × 0.8mm (32mil) | 4480 mils² | 4.0A | 2.7A |
| 6 spoke × 1.0mm (40mil) | 8400 mils² | 6.5A | 4.3A |
Layer Interni: Dimezza la Corrente
Per thermal relief su layer interni, la dissipazione termica è molto inferiore. Usa la costante k=0.024 invece di 0.048, oppure dimezza semplicemente i valori della tabella sopra.
6. Errori Comuni da Evitare
In 15 anni di revisione DFM, questi sono gli errori più frequenti che vediamo nei thermal relief. Evitarli può prevenire costosi problemi in produzione.
Spoke Troppo Stretti per la Corrente
Usare spoke da 0.25mm per un regolatore che richiede 2A. Gli spoke si surriscaldano, la saldatura si degrada nel tempo, guasto prematuro.
Soluzione: Calcola sempre la corrente richiesta e dimensiona gli spoke di conseguenza. Meglio eccedere che sottodimensionare.
Thermal Relief su Thermal Pad di Power Device
Applicare thermal relief al pad centrale di un MOSFET o DC-DC converter. Il componente non può dissipare calore e va in thermal shutdown.
Soluzione: I thermal pad dei power device devono sempre avere connessione diretta al piano di massa/rame con via termiche.
Spoke Asimmetrici o Parziali
Il CAD genera spoke solo su alcuni lati a causa di routing vicino. Risultato: sbilanciamento termico, saldatura disuniforme, tombstoning.
Soluzione: Verifica sempre che tutti gli spoke siano generati correttamente. Se lo spazio non lo permette, usa connessione diretta.
No Thermal Relief su Via in Pad
Le via dentro i pad SMD, se connesse direttamente ai piani interni, assorbono calore e impediscono la corretta formazione del giunto.
Soluzione: Usa thermal relief sulle via in pad, oppure opta per via tappate (plugged).
Ignorare i Layer Interni
Configurare thermal relief solo sui layer esterni, dimenticando che le via connettono anche ai piani interni che dissipano calore.
Soluzione: Applica thermal relief a tutti i layer dove la via/pad connette a piani di rame.
7. Impostazioni nei CAD Principali
Ogni software CAD ha un modo diverso di gestire i thermal relief. Ecco dove trovare e come configurare le impostazioni nei tool più comuni.
Altium Designer
• Relief Connect: Spoke Width, Gap Width
• Direct Connect: Per pad specifici
• No Connect: Per pad isolati
Tip: Usa le Design Rules per definire regole diverse per classi di net (es. POWER con spoke larghi, SIGNAL con standard).
KiCad
Zone Properties → Pad Connections
• Thermal reliefs: Spoke count, width, gap
• Solid: Connessione diretta
• None: Pad isolato
Tip: In KiCad 7+, puoi impostare il thermal relief per singolo pad nelle proprietà del footprint.
EAGLE / Fusion 360
Polygon Properties → Thermals
• Thermal: Gap e width
• Solid: Nessun thermal relief
Tip: Usa il comando RATSNEST dopo aver modificato i thermal per rigenerare i polygon.
OrCAD / Allegro
Shape → Global Dynamic Parameters
• Thermal relief connects: Width, gap, angle
• Full contact: Direct connect
Tip: Le constraint regions permettono di definire thermal relief diversi per aree specifiche del PCB.
Best Practice per Setup CAD
- 1.Crea Net Class separate per POWER, GND, SIGNAL, RF
- 2.Configura regole di thermal relief diverse per ogni classe
- 3.Verifica visivamente i thermal generati prima del DRC finale
- 4.Documenta le scelte nel README del progetto per il team
8. Domande Frequenti (FAQ)
Cos'è un thermal relief pad?
Un thermal relief pad è un pattern di connessione tra un pad di saldatura e un piano di rame (ground o power plane) che utilizza "spoke" sottili invece di una connessione solida. Questo riduce il trasferimento di calore durante la saldatura, facilitando il processo.
Quando usare thermal relief vs connessione diretta?
Usare thermal relief per saldatura manuale, THT e componenti sensibili. Usare connessione diretta per componenti ad alta corrente (>5A), LED ad alta potenza, e quando la dissipazione termica è prioritaria rispetto alla saldabilità.
Quanti spoke sono ottimali per un thermal relief?
Per la maggior parte delle applicazioni, 4 spoke sono lo standard IPC. Per correnti elevate (1-3A), usare spoke più larghi. Per correnti molto alte (>3A), considerare connessione diretta o 6-8 spoke larghi.
Qual è la larghezza minima degli spoke?
La larghezza minima raccomandata è 0.25mm (10 mil) per correnti fino a 0.5A. Per correnti superiori, aumentare proporzionalmente: 0.5mm per 1A, 0.8mm per 2A, 1.2mm per 3A.
Il thermal relief influisce sull'integrità del segnale?
Per segnali DC e bassa frequenza (<10MHz), l'impatto è trascurabile. Per RF e alta velocità, gli spoke possono introdurre induttanza parassita. In questi casi, usare connessione diretta o spoke molto larghi.
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