Hallo miteinander
Ich frage mich, was die beste Vorgehensweise ist, um MOSFETs unter einen
Kühlkörper zu montieren (bin mechanisch leider nicht all zu erfahren und
mache das zum ersten mal).
Die Befestigung soll mittels Schraube wie im angehängten Bild erfolgen
(im PCB sind Löcher zum Anziehen der Schrauben vorgesehen).
Macht es mehr Sinn:
a.) Die MOSFETs einzulöten und dann die Platine auf die MOSFETs zu
schrauben
b.) Die MOSFETs zunächst auf den Kühlkörper zu schrauben und dann in die
Platine einzulöten.
Gibt es da vielleicht einen praktischen Tipp?
Ich habe es heute mit Variante a) versucht aber leider konnte ich nicht
alle 6 MOSFETs die auf dem Kühlkörper verteilt waren richtig
einschrauben. Ich denke wenn ich die MOSFETs zuerst in die Platine
einlöte kommt es zu gewissen mechanischen Toleranzen bei der
Positionierung des MOSFETs da sich diese in den Platinenlöchern etwas
bewegen können und da ich sie nicht ganz exakt biegen kann.
Wie geht ihr dabei vor?
Immer erst anschrauben.
Sonst entstehen mechanische Spannungen auf den Lötstellen, die
insbesondere bei Schwingungen/Vibrationen/Temperaturzyklen zu Ausfällen
führen.
Genaugenommen sollte auch der Kühlkörper zunächst an der Platine
befestigt sein.
Noch besser wäre es die Platine als Träger mitzuverwenden.
Also die Löcher kleiner machen und das Sandwich verschrauben und zum
Schluss löten.
Falls "zu Spät" dann unterlegscheiben benutzen.
b), denn du willst Biegestress von den Transistoren fern halten. Bei b
kannst du jedes Beinchen anpassen bis es ohne Stress in sein Loch passt.
Was du gezeichnet hast, hält den schweren Kühlkörper auch nur über den
Transistor und dessen Beinchen (oder die Platine an den Beinchen des
Transistors am festen Kühlkörper). Die Schraube sollte inklusive der
Platine greifen. Und es fehlt ein federndes Element, ein Federring,
damit der Anpressdruck erhalten bleibt.
Vielen Dank für eure Rückmeldungen.
Das angehängte Bild zeigt einen Auschnitt des Kühlkörpers mit 4 MOSFETs.
Insgesamt befinden sich drei Reihen mit je 4 MOSFETs auf dem Kühlkörper
(gezeigt ist eine Reihe). Auf der Abbildung sind auch einige Schrauben
zur Befestigung des Kühlkörpers direkt an der Platine zu erkennen (zwei
Schrauben oberhalb des MOSFETs und eine unterhalb).
Ich schraube also die MOSFETs zunächst auf den Kühlkörper und dann
platziere ich das Konstrukt auf der Platine (wobei ich vermutlich die
Beine aller 12 MOSFETs feinadjustieren muss). Dann schraube ich den
Kühlkörper an die Platine und schlussendlich löte ich die MOSFETs.
MaWin schrieb:> Die Schraube sollte inklusive der> Platine greifen. Und es fehlt ein federndes Element, ein Federring,> damit der Anpressdruck erhalten bleibt.
Entschuldigung, aber ich bin mir nicht ganz sicher ob ich das verstanden
habe. Also auf das TO220-Loch kommen die folgenden Komponenten:
1.) Der "Plastikkragen" um den MOSFET Drain vom Kühlkörper zu isolieren
2.) Ein Federring um den Schraubendruck aufrechtzuerhalten
3.) Die eigentliche Schraube
Den schrieb:> Ich schraube also die MOSFETs zunächst auf den Kühlkörper und dann> platziere ich das Konstrukt auf der Platine (wobei ich vermutlich die> Beine aller 12 MOSFETs feinadjustieren muss). Dann schraube ich den> Kühlkörper an die Platine und schlussendlich löte ich die MOSFETs.
Genau SO.
Den schrieb:> Entschuldigung, aber ich bin mir nicht ganz sicher ob ich das verstanden> habe. Also auf das TO220-Loch kommen die folgenden Komponenten:> 1.) Der "Plastikkragen" um den MOSFET Drain vom Kühlkörper zu isolieren> 2.) Ein Federring um den Schraubendruck aufrechtzuerhalten> 3.) Die eigentliche Schraube
Die Federringe wurden wohl als "wirkungslos" erkannt, ich zweifele etwas
dran. Die Argumentation ist, dass sie weit vor dem Nennanzugsmoment
einer Schraube voll komprimiert sind ..
Ich würde aber in jedem Fall zwischen den Federring und die
Kunststoffhülse noch eine normale Unterlegscheibe legen, um eine
Beschädigung der Kunststoffhülse durch den scharfkantigen Federring zu
vermeiden. (Besonders wenn sie dann im Betrieb heiß und damit weicher
wird!)
Zwischen den Befestigungsschrauben und dem Kühlkörper bringe ich
gedanklich mal noch Abstandsbolzen ins Rennen, die genauso "dick" sind,
wie die Mosfets "hoch". Nur keinen mechanischen Stress auf die
Halbleiter ausüben.
Daher ja auch erst zum Schluss anlöten, was ja schon geraten wurde.
Das muss sich alles 'gewaltfrei' montieren lassen, soll aber auch nicht
klappern.
Den schrieb:> Das angehängte Bild zeigt einen Auschnitt des Kühlkörpers mit 4 MOSFETs.> Insgesamt befinden sich drei Reihen mit je 4 MOSFETs auf dem Kühlkörper> (gezeigt ist eine Reihe). Auf der Abbildung sind auch einige Schrauben> zur Befestigung des Kühlkörpers direkt an der Platine zu erkennen (zwei> Schrauben oberhalb des MOSFETs und eine unterhalb).>> Ich schraube also die MOSFETs zunächst auf den Kühlkörper und dann> platziere ich das Konstrukt auf der Platine (wobei ich vermutlich die> Beine aller 12 MOSFETs feinadjustieren muss). Dann schraube ich den> Kühlkörper an die Platine und schlussendlich löte ich die MOSFETs.
Das wird ohne eine spezielle Montagevorrichtung nicht funktionieren. Du
müsstest 36 Beinchen gleichzeitig in die Platinenlöcher einführen, und
das würde zum Geduldsspiel ausarten. Wenn du 3 Reihen von MOSFETs auf
einem Kühlkörper hast, dann werden die Beinchen von mindestens einer
Reihe komplett durch den Kühlkörper verdeckt. Wie willst du die
justieren?
Und wenn du die Beine von schon festgeschraubten MOSFETs noch seitlich
oder vor/zurück verbiegen müsstest, dann bedeutet das signifikanter
Stress für die Bauteile.
Riker schrieb:> Das wird ohne eine spezielle Montagevorrichtung nicht funktionieren. Du> müsstest 36 Beinchen gleichzeitig in die Platinenlöcher einführen, und> das würde zum Geduldsspiel ausarten. Wenn du 3 Reihen von MOSFETs auf> einem Kühlkörper hast, dann werden die Beinchen von mindestens einer> Reihe komplett durch den Kühlkörper verdeckt. Wie willst du die> justieren?>> Und wenn du die Beine von schon festgeschraubten MOSFETs noch seitlich> oder vor/zurück verbiegen müsstest, dann bedeutet das signifikanter> Stress für die Bauteile.
Das ist ein guter Punkt. Ich denke ich werde versuchen, mittels eines
Lasercutters zuerst eine Schablone für die TO220 Löcher zu schneiden aus
durchsichtigem Akrylglas. Dann Schraube ich die MOSFETs zunächst leicht
in die Heatsink. Danach benutze ich die Schablone um die Beine des
MOSFETs zu justieren.
Falls ich die Lochdurchmesser nicht klein genug mit dem Lasercutter
hinbekomme versuche ich die Schablone auf eine transparente Folie mit
einem normalen Laserdrucker zu drucken und dann die Löcher manuell
ausstechen.
Beklagt euch bei anderer Gelegenheit bitte nicht über Geräte, die man
nicht reparieren, sondern in denen man nur grossflächig austauschen
kann. Ein MOSFET ist hinüber => komplette Platinenbaugruppe geht in den
Schrott.
Das ist zwar gängige Praxis, aber erfahrungsgemäss neigt man dazu, wie
ein Rohrspatz zu schimpfen, wenn man so etwas bei anderen sieht. Ohne
daran zu denken, dass man es selbst auch so macht.
Den schrieb:> Das ist ein guter Punkt. Ich denke ich werde versuchen, mittels eines> Lasercutters zuerst eine Schablone für die TO220 Löcher zu schneiden aus> durchsichtigem Akrylglas. Dann Schraube ich die MOSFETs zunächst leicht
Acrylglas und MOSFETs, da musst du dir aber über ESD Gedanken machen.
Was mir nicht klar ist, wird das ein Einzelexemplar, oder soll das in
Stückzahlen produziert werden?
Riker schrieb:> Den schrieb:>> Das ist ein guter Punkt. Ich denke ich werde versuchen, mittels eines>> Lasercutters zuerst eine Schablone für die TO220 Löcher zu schneiden aus>> durchsichtigem Akrylglas. Dann Schraube ich die MOSFETs zunächst leicht>> Acrylglas und MOSFETs, da musst du dir aber über ESD Gedanken machen.>> Was mir nicht klar ist, wird das ein Einzelexemplar, oder soll das in> Stückzahlen produziert werden?
Es werden maximal vier Stück davon produziert, ist für ein Experiment an
der Uni.
Den schrieb:> Riker schrieb:>> Den schrieb:>>> Das ist ein guter Punkt. Ich denke ich werde versuchen, mittels eines>>> Lasercutters zuerst eine Schablone für die TO220 Löcher zu schneiden aus>>> durchsichtigem Akrylglas. Dann Schraube ich die MOSFETs zunächst leicht>>>> Acrylglas und MOSFETs, da musst du dir aber über ESD Gedanken machen.>>>> Was mir nicht klar ist, wird das ein Einzelexemplar, oder soll das in>> Stückzahlen produziert werden?>> Es werden maximal vier Stück davon produziert, ist für ein Experiment an> der Uni.
Falls du da mehr Freiheit im Design hast, und nicht jeden Cent Kosten
herauspressen musst, dann würde ich mir an deiner Stelle überlegen, den
Kühlkörper in 3 Teile mit jeweils 4 MOSFETs aufzuteilen. Das ist beim
Aufbau garantiert einfacher beherrschbar.
Riker schrieb:> Das wird ohne eine spezielle Montagevorrichtung nicht funktionieren.
Warum kann man das Layout nicht so gestalten, dass gegenüber von den
Schrauben noch Bohrungen in die Platine eingearbeitet werden? Die
Bohrungen haben mindestens den Durchmesser vom Schraubenkopf! Das Board
wird dadurch nicht nur montagefreundlicher, sondern ist dann auch
reparierbar!
Den schrieb:> Es werden maximal vier Stück davon produziert, ist für ein Experiment an> der Uni.
Hast du Platzprobleme oder andere Gründe, das so zu lösen?
Uni klingt nach Experiment, also früher oder später auch defekte
Mosfets. Wenn das alles so verbaut ist, wirst du fluchen und dein
Nachfolger die Platine wahrscheinlich sogar entsorgen.
Daher würde ich das reparaturfreundlicher entwerfen. Wie schon
vorgeschlagen wurde, mit eigenen Kühlkörpern pro Reihe Mosfets.
Z.B. sowas hier:
https://alutronic.de/de/products/pcb_montage/pr-12794se/
Da kannst du die FETs stehend mit Clips montieren. Damit bist auf auf
einen Schlag sämtliche Probleme los. Außerdem bringen die Clips den
Druck da auf wo es wirklich sinnvoll ist, nicht bloß oben an der Fahne.
Andre schrieb:>> Es werden maximal vier Stück davon produziert, ist für ein Experiment an>> der Uni.
Bei vier Stück erübrigt sich die Frage nach Montagehilfen, das biegt man
von Hand hin. Erst anschrauben und dann löten wurde ja mehrfach erklärt.
> Hast du Platzprobleme oder andere Gründe, das so zu lösen?
Was spricht gegen dies Idee?
Ich habe das mit einem eizelnen TO-220 in einem Einzelstück ähnlich
gemacht: Den Regler an den Kühlkörper geschraubt und dann erst in die
Platine gesetzt.
Manfred schrieb:> Was spricht gegen dies Idee?
Grundsätzlich natürlich erstmal nichts. Aber die Reparatur wird dadurch
unnötig schwer, wenn man stattdessen auch Platz für höhere Kühlkörper
hätte.
Bei einem Uni Projekt gehe ich davon aus, dass man Mal einen FET kaputt
macht und tauschen muss.
Christian M. schrieb:> Ja, oder sogar einzelne KK, wie> https://www.tme.eu/ro/details/hs-001/radiatoare/stonecold/> Oder wenn der Platz nicht reicht, stehend> https://www.tme.eu/ro/details/hs-115/radiatoare/stonecold/> Die kosten ja nicht alle Welt. Mit einem grossflächigen KK bist Du ja> noch unflexibler.
Ich denke mit diesen Kühlkörpers wird es von der Kühlleistung nicht
klappen. Durch eine Brücke müssen ca. 1.2kW Maximalleistung dauerhaft
durch (also ca. 3.6kW insgesamt). Die drei Brücken sind an einem
einzigen KK befestigt. Dazu kommt noch ein Lüfter der am selben KK hängt
und alle drei Brücken kühlt.
Andre schrieb:> Daher würde ich das reparaturfreundlicher entwerfen.
Ja, darauf sollte ich definitiv mehr achten. Aktuell plane ich die
folgenden Änderungen wenn ich die weiteren Platinen bestelle:
- Den Kühlkörper in drei Teile schneiden sodass man jede Brücke einzeln
montieren und ggf. reparieren kann.
- Die Platinenlöcherdurchmesser grösser machen so dass der gesamte
Schraubenkopf durchpasst. Aufgrund des Layout sollte es möglich sein,
die Durchmesser auf ca. 7mm zu vergrössern sodass ein M3 Schraubenkopf
durchpasst.
heat_sink_asm.jpg
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