Hallo,
ich sitze gerade an einem Layout, bei dem ein SMD MOSFET, im PowerPAK
SO-8L Gehäuse, im Einsatz ist der gekühlt werden muss.
Die Verlustleistung ist bei etwa 4W. Rthja ist 85°C/W.
Jetzt muss ich Rthja etwa halbieren. Ich weiß dass die Berechnung nicht
gerade leicht ist. Gibt es grobe Richtwerte wieviele Vias und wie groß
die Fläche sein muss um gewisse Wärme abzuführen?
Ich Tapp da im Moment ziemlich im dunklen da mir Überschlagswerte bzw.
die Erfahrung in solchen Dingen fehlt...
Ich hoffe mir kann jemand helfen und mich auf den richtigen weg bringen.
Grüße
Horst
HorstB schrieb:> Rthja ist 85°C/W.
Der Wert ist (erst mal) absolut uninteressant. Denn der gibt an, was das
Ding selber (also ohne Platine) über das Gehäuse abführen könte...
Du willst den Transistor aber auf eine Platine löten, und so die Wärme
dann abführen. Zuerst hast du also Rthjc (vom Die zum Metallpad). Und
dann noch den Rthca (vom Pad an die Luft). Den ersten Wert findest du im
Datenblatt, den zweiten z.B. in Dokumenten wie dem hier:
http://www.irf.com/technical-info/whitepaper/thermalpcim02.pdf
Da kommen dann Werte von ca. 25K/W für eine Kupferfläche von 1
Quadratzoll heraus.
Das heißt also: mit 4W wird die Sperrschicht etwa 100K wärmer als die
Umgebung...
Das Dokument ist schon meal sehr interesant! Das muss ich mir mal genau
anschauen.
Das bedeutet also, wenn ich kein denkfehler mache...
Das Gehäuse könnte ohne verlöten 85K/W abführen... wäre bei 4W rund
340°C also definitiv zu hoch...
Durch auflöten auf eine entsprechende Kupferfläche kann ich die
Erwärmung besser verteilen.
Die maximale Außentemperatur beträgt 80°C, die maximale Junction and
Storage Temperatur liegt bei 175°C, bedeutet also ich benötige etwas
mehr als ein Quadratzoll...
Mein PCB besteht aus vier Lagen, der MOSFET sitzt auf der Top-Seite.
Die Kühlfläche werd ich dann auf der Bottom-Seite platzieren.
Wie sieht das dann mit der Kontaktierung aus? Verschlechtern die Vias
den Wert von 25K/W, weil der Wärmetransport nicht optimal ist, oder
verbessern die mir diesen Wert sogar nochmal, da diese ja auch aus
Kupfer sind.
Was ich herausgefunden habe ist, dass eine vertikale Wärmeabfuhr
schlechter ist und Vias auch eine geringere Wärmeabfuhr haben als
Kupferflächen, was mir auch einleuchtet.
Wenn ich jetz davon ausgehe, dass ich die Kupferfläche 1zoll²
dimensioniere, ist das ein ziemlicher Platzverbrauch. Soviel Platz hab
ich auf den ersten Blick nicht zur verfügung auf der Unterseite. Da ist
etwa Platz für 1*1cm, also deutlich zu wenig! Jedoch hab ich auf einer
Zwischenlage nochmal den gleichen Platz zur Verfügung. Die Fläche wird
aber deutlich schlechter wirken, wegen dem FR4 Material anstatt Luft.
Kann ich da bei der Abschätzung einfach ein Mittelwert bilden?
HorstB schrieb:> Die maximale Außentemperatur beträgt 80°C, die maximale Junction and> Storage Temperatur liegt bei 175°C, bedeutet also ich benötige etwas> mehr als ein Quadratzoll...> Mein PCB besteht aus vier Lagen, der MOSFET sitzt auf der Top-Seite.> Die Kühlfläche werd ich dann auf der Bottom-Seite platzieren.> Wie sieht das dann mit der Kontaktierung aus? Verschlechtern die Vias> den Wert von 25K/W, weil der Wärmetransport nicht optimal ist, oder> verbessern die mir diesen Wert sogar nochmal, da diese ja auch aus> Kupfer sind.
Hab den Rthjc mit 4,2K/W ganz vergessen...
Die Rechnerei kannst du dir ersparen. 4W auf eine LP geführt, die
womöglich noch in einem Gehäuse steckt sind IMHO einfach zuviel. Besser
eigenen Kühlkörper vorsehen, der im günstigsten Fall Teil des Gehäuses
ist und seine Wärme gut in die Umgebung abgeben kann.
Grüsse
HorstB schrieb:> Verschlechtern die Vias den Wert von 25K/W, weil der Wärmetransport> nicht optimal ist, oder verbessern die mir diesen Wert sogar nochmal,> da diese ja auch aus Kupfer sind.
Nur, wenn du Luft durch sie hindurchbekommst. Denn du willst die Wärme
ja nicht ins Kupfer, sondern an die Umgebung abgeben. Und da ist
Fläche durch nichts zu ersetzen.
> Wenn ich jetz davon ausgehe, dass ich die Kupferfläche 1zoll²> dimensioniere, ist das ein ziemlicher Platzverbrauch.
Ja, in der Tat. Und die 25K/W funktionieren auch nur bei Konvektion.
Wenn du schon 80°C Umgebungstempertatur hast stellt sich die Frage:
kannst du die zusätzlichen 4W darüber ohne weitere Temperaturerhöhung
noch entwärmen?
Und es ist idR. nicht gut, über die Platine die Bauteile in der Umgebung
zusätzlich mit aufzuheizen...
HorstB schrieb:> Die maximale Außentemperatur beträgt 80°C, die maximale Junction and> Storage Temperatur liegt bei 175°C, bedeutet also ich benötige etwas> mehr als ein Quadratzoll...
An dem Punkt brauchst du schon nicht mehr weiter machen - die
Kupferflächen skalieren nicht! Ein Hinweis in den Empfehlungen eines
Herstellers besagt, dass Flächen jenseits 1 Quadratzoll praktisch keine
Kühlwirkung mehr haben. So ganz grob beschrieben gelten die angegeben
Formeln für Cu in der Nähe des Chips, aber wenn sie z.B. für 0,25
Quadratzoll gelten, dann ist schon die Annahme, dass die Kühlungwirkung
bei 1 Quadratzoll 4mal so gross ist schlicht falsch.
Das Problem ist die schlechte Leitung von innen nach aussen, das ist
etwas anders bei LP mit Cu- oder Alu-Kern oder mit 200µ Cu aussen, da
müsstest du den Hersteller fragen. Aber wenn du bei normaler Technologie
auf mehr als 1 Quadratzoll kommst, heisst das schlicht es geht nicht.
Gruss Reinhard
HorstB schrieb:> Die Verlustleistung ist bei etwa 4W.
Wenn der verfügbare Platz nicht reicht, um einen geeigneten Kühlkörper
unterzubringen, könnte man alternativ das Übel an der Wurzel packen und
ergründen, ob sich die wegzukühlende Leistung nicht verringern läßt.
