Hallo allerseits,
Grade entsteht hier ein Layout, mit einem 7805 Derivat im D2Pack
Gehäuse.
Wenn ich dieses möglicht gut kühlen will, mach' ich eine grosse Fläche
ohne Thermals, aber dann kann (auch im Ofen) nicht mehr gut löten.
Mache ich Thermals, dann kann ich zwar gut löten, aber die grosse
Kühlfläche macht wenig(er) Sinn.
Aus meiner Sicht kommt es auf dasselbe raus:
Entweder eine grössere Kühlfläche mit Thermals oder eine kleinere ohne
Thermals. Das ergibt beim Löten und beim Betrieb denselben Wärmefluss,
also kann ich die Thermals ja gleich lassen und einfach kleinere Flächen
nehmen, oder?
Danke vielmal für eure Anregungen!
Tobias schrieb:> Wenn ich dieses möglicht gut kühlen will, mach' ich eine grosse Fläche> ohne Thermals, aber dann kann (auch im Ofen) nicht mehr gut löten.
Warum nicht? Wird doch alles gleich warm. Irgendwann fängt das schon an
zu fließen. Was meinst du warum andere das auch im Reflow-Prozess löten
können?
Ich habe die schon Problemlos mit einer Heißluftlötstation gelötet.
Halte dich einfach das die Appnotes (Thermal Design Guide) vom
Hersteller und dann ist gut. Meist ist ja einfach nur eine Batterie an
Durchkontaktierungen zur Unterseite, wo dann der Großteil der Kühlfläche
ist. Die kann man dann auch noch wunderbar mit dem Lötkolben von unten
brutzeln.
Über welche Verlustleistung reden wir hier überhaupt?
> aber dann kann (auch im Ofen) nicht mehr gut löten.
Dann hast Du einen kaputten Ofen (Lösung: eine funktionierenden
beschaffen) oder einen kaputten Lötkolben (Lösung: einen
funktionierenden beschaffen). Oder Du hast noch Verbesserungspotential
in der Nutzung selbiger ;-)
HTH
Tobias schrieb:> Wenn ich dieses möglicht gut kühlen will, mach' ich eine grosse Fläche> ohne Thermals, aber dann kann (auch im Ofen) nicht mehr gut löten.> Mache ich Thermals, dann kann ich zwar gut löten, aber die grosse> Kühlfläche macht wenig(er) Sinn.
Wenn an dem so wäre, wären dann Thermals nicht total hinfällig?
Timmo H. schrieb:> Über welche Verlustleistung reden wir hier überhaupt?
Na maximal 25W duck und weg
Was verstehst du unter "Thermals"? Thermal vias oder Aussparungen
zwischen Pad und Kupferfläche auf der Bestückungsseite.
Thermal vias: Da kann es beim Löten im Ofen Probleme geben, wenn die
vias unter dem Pad sind, da das Zinn durch die vias fließt. Bei
manueller Bestückung sollte es kein Problem geben, leistungsstarker
Lötkolben vorausgesetzt.
Aussparungen auf der Bestückungsseite: Würde ich nicht machen, lieber
volle Kupferfläche und mit leistungsstarkem Lötkolben löten. Beim Löten
im Ofen sowieso kein Problem.
Tobias schrieb:> Danke. Aktuell reden wir über 0.5 Watt. Es geht mir aber eher> grundsätzlich um Thermals. In welchen Fällen sind diese dann nicht> hinfällig?
Thermals sind nicht hinfällig - so sollen Wärme ableiten. Wenn das
Thermal Design (ob mit thermischen Durchkontaktierungen oder ohne) nach
dem Datenblatt umgesetzt, dann wird man bei entsprechender Kühlfläche
weder das eine noch das andere gut löten können, da ja in beiden Fällen
die Wärme "optimal" abgeführt wird. Wäre an dem nicht so, könnte man
sich die Thermals sparen.
Viele IC-Hersteller geben sich mit einer großen Massefläche unter dem
Chip zufrieden (z.B. VNH2SP30), gerade Class D Verstärker ICs der hohen
Leistungsklasse wollen allerdings unterm Chip tausende Thermals haben,
weil eine Massefläche zu wenig Wärme abführt und man die Kontaktierungen
auch als Kontakt benutzt.
Natürlich befolge ich jeweils die Layout guidelines der Hersteller -
aber ich versteh' immer noch nicht ganz, wo der Unterschied liegt
zwischen einem Pad mit Thermals (ich meine hier die Aussparungen im
Kupfer und nicht die Durchkontaktierungen) und einem entsprechend
kleineren Pad. Physikalisch sehe ich keinen Unterschied in Bezug auf den
thermischen Übergangswiderstand und damit auf das Kühlen des Chips im
Betrieb oder beim Löten. Gerne würde ich das aber verstehen.
Tobias schrieb:> Physikalisch sehe ich keinen Unterschied in Bezug auf den> thermischen Übergangswiderstand
Theoretisch vielleicht nicht. Wenn ich mir aber die Thermals als
(übertrieben) dünn vorstelle, ist deren Wärmewiderstand irgendwann so
hoch, dass auch eine noch so große Kühlfläche nichtsmehr bringt.
Prinzipiell gilt hier doch folgendes: Was sich "leicht" (also mit wenig
Leistung) löten lässt, leitet auch die Wärme schlecht. Daher meine
Empfehlung, lass die Thermals weg und löte mit mehr Leistung (oder heiz
die Platine vor, etc.).
Markus R. schrieb:> ist deren Wärmewiderstand irgendwann so> hoch, dass auch eine noch so große Kühlfläche nichtsmehr bringt.
Die meisten Datenblätter geben daher an, dass Kühlflächen > 1
Quadratzoll für die Katz sind, jedenfalls bei normalen LP. Mit
Dickkupfer kann man das (teuer) ändern.
Aussparungen sind wohl nur da, um das Löten zu verbessern, von der
Wärmeleitfähigkeit her ist eine Vollfläche immer ideal.
Gruss Reinhard
Eben.., darum frag' ich mich, wo ich überhaupt Thermals einbauen sollte.
Klar, Datenblätter der Hersteller konsultieren und genau so umsetzen,
wenn die das empfehlen, aber ich möcht's verstehen. :-)
Wenn ich einen SMD Widerstand einseitig an die Schirmung häng', dann
machen Thermals sicher Sinn, unter anderem wegen dem Grabstein-Effekt.
Bei Kühlung aber kann ich mir kein Szenario vorstellen, wo es Sinn
macht, Thermals einzusetzen.
Tobias schrieb:> Eben.., darum frag' ich mich, wo ich überhaupt Thermals einbauen sollte.> Klar, Datenblätter der Hersteller konsultieren und genau so umsetzen,> wenn die das empfehlen, aber ich möcht's verstehen. :-)> Wenn ich einen SMD Widerstand einseitig an die Schirmung häng', dann> machen Thermals sicher Sinn, unter anderem wegen dem Grabstein-Effekt.> Bei Kühlung aber kann ich mir kein Szenario vorstellen, wo es Sinn> macht, Thermals einzusetzen.
Mit Thermal-Via werden sowohl die zur schlechteren Wärmeübertragung
eingesetzten "Via-Formen", als auch die zur Verbesserung der
Wärmeübertragung eingesetzten Vias bezeichnet...
Zum Rechnen...
quer: theta = L / (K W t), senkrecht: theta = t / (K W L)
Für ein Via: theta = L / (K Pi (D1^2 - D2^2) / 4)
L = Länge des Wegs, W = Breite, t = Höhe, K = Wärmeleitfähigkeit
K_Kupfer = 355 W/(m K)
K_FR4 = 0.25 W/(m K)
K_SnAgCu ~ 58 W/(m K)
Hallo,
hier werden 2 Sachen als thermals wild durcheinandergeworfen:
thermal relief: ein Bauteil-Pad wird von der Fläche gleichen Potentials
getrennt und nur durch relativ schmale Stege verbunden - das geschieht
hauptsächlich zur Verbesserung des Lötens, z.B. um Grabstein-Effekte zu
vermeiden, auch bei Handlötung lässt sich so ein Pad besser löten, weil
die Wärmeableitung geringer ist.
thermal via: dienen zur Wärmeübertragung auf die andere Seite der
Leiterplatte, was natürlich nur sinnvoll ist, wenn sie dort abgeführt
werden kann, z.B. durch eine Kupferfläche.
Die beiden haben nichts miteinander zu tun, thermal reliefs sollen die
Wärmeableitung verringern, thermal vias sollen die Wärmeableitung
verbessern.
Eine Strukturierung der Cu-Fläche unter dem Wärmeableit-Pad eines
SMD-Bauteils ist nochmal was ganz anderes und dient dazu den Lötprozess
zu optimieren, z.B. damit das aufgedruckte Lot nicht wild in der Gegend
herumfliessen kann.
Gruss Reinhard
Tobias schrieb:> Eben.., darum frag' ich mich, wo ich überhaupt Thermals einbauen sollte.> Klar, Datenblätter der Hersteller konsultieren und genau so umsetzen,> wenn die das empfehlen, aber ich möcht's verstehen. :-)> Wenn ich einen SMD Widerstand einseitig an die Schirmung häng', dann> machen Thermals sicher Sinn, unter anderem wegen dem Grabstein-Effekt.> Bei Kühlung aber kann ich mir kein Szenario vorstellen, wo es Sinn> macht, Thermals einzusetzen.
Die Thermal Reliefs sind in allererster Linie wie ja auch schon
geschrieben dazu gedacht die Lötbarkeit zu verbessern, diese
Verbesserung der Lötbarkeit betrifft nun aber auch, den wahrscheinlich
in fast jeder Schaltung überwiegenden teil, der Bauteile die KEINE
nennenswerte VErlustleistung abführen müssen, wo also die
Gehäuseoberfläche als Kühlfläche völlig ausreichend ist.
Wenn man also Probleme mit der Lötbarkeit hat bzw. befürchtet machen
diese Maßnahmen an all diesen Bauteilen definitiv Sinn.
Bei Bauteilen die eine erweiterte Kühlung einfordern ist es hingegen
nicht mehr so ganz eindeutig. Auf jeden Fall Bedarf es einer
sorgfältigen Abwägung. Aber auch hier KANN es Sinn machen.
Da diese ThermalReliefs eine stelle mit erhöhtem Wärmewiderstand
darstellen kann nur eine begrenzte Wärmeleistung darüber abgeführt
werden was prinzipiell ja bei einer Kühlung kontraproduktiv scheint.
Bei näherer Betrachtung aber wird man feststellen das auch bei Bauteilen
die "Kühlung" durch Kupferflächen einfordern die zu erwartende
Verlustleistung oft weit geringer als die Heizleistung des Lötkolbens
ist.
Wenn man will und vorrausgesetzt der Unterschied Bauteilverlustleistung
zu Lötkolbenleistung ist groß genug, dann könnte man also diese Thermals
so berechnen das die Bauteiltemperatur bei einem Layout mit Thermal
Reliefs nur minimal über der bei einem Layout ohne diese liegt da der
Übergangswiderstand für die Verlustwärme noch ausreichend klein ist -
das Lötkolbenlöten aber trotzdem deutlich erleichtert ist weil ber der
massiven Wärmeleistung der Übergangswiderstand wieder groß genug ist um
einen massiven Temperaturabfall über dem Thermal Relief zu erzeugen.
(Das ganze kann man sich auch recht gut analog zum Ohmschen Gesetz
vorsstellen)
Wenn man aber kann ist der einfachste Weg bei Bauteilen die passive
Kühlung über die Platine einfordern auf die Thermals zu verzichten...
Gruß
Carsten
