Kühlung PowerSO20

[Franz (Gast)]

Moin, ich habe auf der Platine drei PowerSO20 ICs mit einer Metall 
Platte oben im ic drauf. Die werden ganz schön heiß. Ausgerechnet habe 
ich ein Kühlkörper für 4,7 K/C.
Das ist ein Monster für die 100x80 Platine. Wie könnte man hier die 
Kühlung realisieren? Bin für jede Anregung dankbar.
Grüße, Franz

[Werner (Gast)]

Franz schrieb:
> Ausgerechnet habe
> ich ein Kühlkörper für 4,7 K/C

Vielleicht liegt der Fehler in der Rechung, wenn Du schon K/C als 
Einheit herausbekommst?

Was soll das bitte sein? Kelvin pro °Celsius?

[Georg (Gast)]

Franz schrieb:
> Wie könnte man hier die
> Kühlung realisieren?

Da gibt es schlichtweg keinen Trick, die Verlustleistung muss weg. Ein 
Lüfter oder Wasserkühlung ist auf einer kleinen Platine auch nicht gut 
machbar, bei einem Lüfter (es gibt ja Miniaturlüfter) ergibt sich noch 
ein Zuverlässigkeitsproblem.

Wahrscheinlich werden auch Heat Pipes vorgeschlagen, aber die 
transportieren die Wärme ja bloss woanders hin. Bei einem Metallgehäuse 
drum rum kann das aber sinnvoll sein.

Georg

[Franz (Gast)]

Werner schrieb:
> Franz schrieb:
> Ausgerechnet habe
> ich ein Kühlkörper für 4,7 K/C
>
> Vielleicht liegt der Fehler in der Rechung, wenn Du schon K/C als
> Einheit herausbekommst?
>
> Was soll das bitte sein? Kelvin pro °Celsius?

K/W sollte es sein..

[Franz (Gast)]

Heat pipes ist eine gute Idee, danke

[Franz (Gast)]

Auf den ICs ist zum testen ein 10mm Stahlklotz drauf.

[Max G. (l0wside)]

Franz schrieb:
> Moin, ich habe auf der Platine drei PowerSO20 ICs mit einer Metall
> Platte oben im ic drauf. Die werden ganz schön heiß. Ausgerechnet habe
> ich ein Kühlkörper für 4,7 K/C.

Der PowerSO20 hat doch ein Exposed Pad, oder? Über das (und damit über 
Thermal Vias durch die Leiterplatte hindurch) wird die Wärme abgeleitet. 
Das Exposed Pad wird auf die Thermal Vias gelötet.

Schau mal hier: https://www.cirrus.com/cn/pubs/appNote/AN315REV1.pdf 
(von ST müsste es auch was geben, habe ich aber auf die Schnelle nicht 
gefunden).

Der Kühlkörper muss dann auf die gegenüberliegende Seite.

Wenn du von oben kühlst, muss die Wärme durch die Moldmasse, das ist für 
die thermische Leitfähigkeit nicht gut.

Max

[Franz (Gast)]

Max G. schrieb:
> Franz schrieb:
>> Moin, ich habe auf der Platine drei PowerSO20 ICs mit einer Metall
>> Platte oben im ic drauf. Die werden ganz schön heiß. Ausgerechnet habe
>> ich ein Kühlkörper für 4,7 K/C.
>
> Der PowerSO20 hat doch ein Exposed Pad, oder? Über das (und damit über
> Thermal Vias durch die Leiterplatte hindurch) wird die Wärme abgeleitet.
> Das Exposed Pad wird auf die Thermal Vias gelötet.
>
> Schau mal hier: https://www.cirrus.com/cn/pubs/appNote/AN315REV1.pdf
> (von ST müsste es auch was geben, habe ich aber auf die Schnelle nicht
> gefunden).
>
> Der Kühlkörper muss dann auf die gegenüberliegende Seite.
>
> Wenn du von oben kühlst, muss die Wärme durch die Moldmasse, das ist für
> die thermische Leitfähigkeit nicht gut.
>
> Max

Danke für den Hinweis.
Aber bei meinen IC's handelt es sich um eine sogenannte Slug-up 
Ausführung. Soll heißen, das der Exposed Pad nicht unten aber dafür oben 
ist. Für meine Anwendung ist das besser so, weil ich die Wärme nicht in 
der Platine haben möchte.

[Falk B. (falk)]

@ Franz (Gast)

>Aber bei meinen IC's handelt es sich um eine sogenannte Slug-up
>Ausführung. Soll heißen, das der Exposed Pad nicht unten aber dafür oben
>ist.

Was es nicht alles gibt. Na dann muss dein Kühlkörper oder Gehäuse, 
welches als Kühlkörper fungiert, dort angepresst werden. Gerade, 
gleichmäßig und mit dosiertem Druck und Wärmeleitpaste.

> Ausgerechnet habe
>ich ein Kühlkörper für 4,7 K/C.
>Das ist ein Monster für die 100x80 Platine.

In der Tat.

> Wie könnte man hier die Kühlung realisieren?

Egal wie dein Konzept aussieht, am Ende muss die Wärme weg.

normaler Kühlköper -> sehr groß
Kühlkörper mit Zwangslüfung -> kleiner
Kühlköper mit Wasser oder Heatpipe -> sehr viel kleiner an deinen ICs, 
aber am anderen Ende brauchst du wieder einen großen Wärmetauscher mit 
Kühlkörper.
reine Wasserkühlung -> Wasser Zu- und Ablauf nötig.

Such dir das Beste für deinen Geschmack aus.

[Max G. (l0wside)]

Franz schrieb:
> Aber bei meinen IC's handelt es sich um eine sogenannte Slug-up
> Ausführung. Soll heißen, das der Exposed Pad nicht unten aber dafür oben
> ist. Für meine Anwendung ist das besser so, weil ich die Wärme nicht in
> der Platine haben möchte.

Spannende Sache, PowerSO ist schon ein eher exotisches Package (gibt´s, 
wenn ich mich nicht täusche, nur von ST). Als SlugUp ist es dann 
endgültig der totale Exot. Darf ich fragen, was es für ein Baustein ist?

Max

[Franz (Gast)]

Max G. schrieb:
> Franz schrieb:
>> Aber bei meinen IC's handelt es sich um eine sogenannte Slug-up
>> Ausführung. Soll heißen, das der Exposed Pad nicht unten aber dafür oben
>> ist. Für meine Anwendung ist das besser so, weil ich die Wärme nicht in
>> der Platine haben möchte.
>
> Spannende Sache, PowerSO ist schon ein eher exotisches Package (gibt´s,
> wenn ich mich nicht täusche, nur von ST). Als SlugUp ist es dann
> endgültig der totale Exot. Darf ich fragen, was es für ein Baustein ist?
>
> Max

Klar, es ist ein TDA7391PD

[Max G. (l0wside)]

Schicke Sache :) - setzt du ihn tatsächlich automotive ein?

Der Baustein hat worst case 12W Verlustleistung (Fig. 12). Rth_jc sind 
2K/W, d.h. der Die hat dann 24K mehr als das Exposed Pad außen. Bei 
160°C geht das Teil in die Schutzabschaltung, er sollte also nicht mehr 
als 150°C haben oder außen ca. 125°C.

Wenn du in 80°C kühlst (Fahrzeuginnenluft, wenn die Karre ewig in der 
Sonne stand), hast du 45K Hub. Das passt mit deinen 4,7K/W ganz gut.

Wenn du alles ein bisschen relaxter angehst (mit 60°C rechnen, du hast 
ja sicher Klima; die 12W Verlustleistung als worst case annehmen und nur 
mit 10W rechnen - wenn er einmal im Jahr abschaltet, ist das halt so) 
und die 160°C als Maximum zulässt, bist du bei 8K/W. Mit natürlicher 
Konvektion (0,3m/s) sollte sich da ein etwas weniger monströser 
Kühlkörper finden lassen.

Du könntest natürlich auch Class D verbauen ;)

Max