Hallo Weiss jemand von euch, wie sich die maximale Leistungsaufnahme eines Widerstandes (SMD und MELF) verändert, wenn die Platine mit einem Kunstharz vergossen wird oder mit Kunststoff umspritzt wird? Möchte keine Abschätzung (nimm eben nen dickeren...) sondern möglichst eine Formel oder ein Verweis auf eine Messung/Buch/... Würde mich freuen, wenn mir jemand weiterhelfen könnte. Gruß, Fred
@ Fred (Gast) >Weiss jemand von euch, wie sich die maximale Leistungsaufnahme eines >Widerstandes (SMD und MELF) verändert, wenn die Platine mit einem >Kunstharz vergossen wird oder mit Kunststoff umspritzt wird? Sie wird geringer. >Möchte keine Abschätzung (nimm eben nen dickeren...) sondern möglichst >eine Formel oder ein Verweis auf eine Messung/Buch/... Das dürfte recht schwierig werden, denn da gibt es viele Einflussgrössen - Lager der Platine (waagerecht/senktecht) - Luftraum auf der Paltine - Luftgeschwindigkeit, Zwangsbelüftung - Harztyp/Harzdicke - Wärmeableitung auf der Platine >Würde mich freuen, wenn mir jemand weiterhelfen könnte. Nimm nen grösseren ;-) Ich würde Pi mal Dauem sagen, dass man im Falle von einer dünnen Harzschicht den Widerstand nur mit 50..80% belasten sollte. MfG Falk
Hallo Falk Danke für die ersten Tipps. Es geht um keine dünne Harzschicht. Vermutlich werden wir die Platine mit Kunststoff umspritzen. In jede Richtung ist es ca. 1 cm Material. Kennst du eventuell ein Fachbuch, welches diese Thema vielleicht behandelt? Gruß Fred
@ Fred (Gast) >Es geht um keine dünne Harzschicht. Vermutlich werden wir die Platine >mit Kunststoff umspritzen. In jede Richtung ist es ca. 1 cm Material. Uuups, dann ist ja die gesamte Platine thermisch isoliert. Dann würde ich man ganz weit runtergehen, eher so auf 10% oder weniger. >Kennst du eventuell ein Fachbuch, welches diese Thema vielleicht >behandelt? Leider nein. Aber man kann und muss ein paar prinzipielle Überlegungen anwenden, die für alle Wärmeableitungen/Kühlkörper gelten. Wärmequelle -> Isolation mit Wärmewiderstand -> Umgebung Delta_T = P * R_T = W * K/W = K Das Problem ist R_T. Das kann wahrscheinlich nur experimentell bestimmt werden (an kritischen Stellen Temperaursensoren anbringen, vergiessen, Board unter Vollast betreiben, Temperatur messen. MFG Falk
Ich denke, das ist nicht so schwer. Als Kühlkörper hat man die thermische Leitfähigkeit des Kunststoffs - die ist gering. Das Problem hier ist nur die Temperatur des Kunststofft zu bestimmen aber die kann man über die gesamte Verlustleistung des Systems bestimmen. Man müßte wissen, wieviel die Luft durch Konvektion zur Kühlung beträgt und könnte es dann mit der Wärmeleitung des Kunststoffs vergleichen.
Hallo Fred, Leistungsbegrenzende Faktoren von Widerständen in SMT: - Stromdichten an Kontaktstellen (Widerstandsbahn / Metallisierung) - Migration von Materialien durch hohe Stromdichten -> beeinflusst die 'Badewannenkurve' - thermische Beständigkeit der verwendeten Materialien über die Zeit - thermischer Widerstand des Bauteils zur Umgebung Um eine hohe Lebendauer der Bauteile zu gewährleiten, werden viele Parameter überdimensioniert. Das reduziert die Frage nach dem thermischen Widerstand zur Umgebung. Bei der Umhüllung des Bauteils mit einem Material, welches eine höhere thermische Leitfähigkeit hat als (nahezu ruhende) Luft, wird der thermische Widerstand zur Umgebung kleiner. Zu erwarten ist also, dass die maximale Leitungsaufnahme eines SMD-Widerstandes mit Harzumhüllung größer wird (Falk möchte bitte mal seine Behauptung begründen). in http://omega.de/pdf/specs/np201.pdf gibt es Harze mit ca. λ=1 W/(m*K) in http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitf%C3%A4higkeit gilt für Luft ca. λ=0.03 W/(m*K) Aus diese Daten ergibt sich eine deutliche Verringerung des thermischen Widerstands zur Umgebung. Mit einer Erhöhung der maximalen Leistung an SMD-Widerständen bei großzügiger Umhüllung mit Epoxidharz bis um den Faktor 5 hätte ich keine Bedenken. Gruß ... Lutz
@Lutz, sehe ich auch so. Besonderst weil es sogar spezielle Harze gibt die darauf optimiert sind die Wärmeableitung zu untestützen. Das größere Problem dürfte die Elastizität sein, dh. die Ausdehnung der Harze und somit die mechamische Belastungen der Bauteile bei ständigen Temperaturschwankungen. Gruß Hagen
Hi Hagen, Problem könnte auch sein, dass sich durch die Spaltbildung der thermische Widerstand sprungartig erhöht. Die Ausgasungen des Harzes würden den Spalt bei erhöhten Temperaturen vergrößern, was die Temperatur noch schneller ansteigen lässt, wobei die Ausgasung beschleunigt wird ... (also doch Wasserkühlung) Gruß ... Lutz
Nunja, die Spaltbildung besäße aber dann immer noch einen höheren Wärmeleitwert als bei Luft im allgemeinen. Ich denke das die mechanischen Belastungen und die technologische Umsetzung der Gieserei die wesentlichsten Probleme darstellen. Gruß Hagen
@ Lutz (Gast) >Bei der Umhüllung des Bauteils mit einem Material, welches eine höhere > thermische Leitfähigkeit hat als (nahezu ruhende) Luft, wird der > thermische Widerstand zur Umgebung >kleiner. So weit, so gut. > Zu erwarten ist also, dass die maximale Leitungsaufnahme eines >SMD-Widerstandes mit Harzumhüllung größer wird (Falk möchte bitte mal >seine Behauptung begründen). Folgt prompt. >Aus diese Daten ergibt sich eine deutliche Verringerung des thermischen >Widerstands zur Umgebung. FALSCH! Schon mal was von Reihenschaltung gehört? Und Konvektion? Die Wärme fliesst vom Bauteil auf das Epoxidharz, das meinetwegen einen geringeren Wärmewiderstnad hat als RUHEND! Luft. Irgendwann kommt die Wärme zur Kontaktfläche Harz-Luft. Wenn hier keine speziellen konstruktiven Massnahmen getroffen werden, ist der Wärmeübergang in etwa genausogross wie von der Platine direkt zur Luft. Und man darf mal nicht vergessen, dass Kühlung aus ZWEI Komponenten besteht, Wärmeleitung und Konvektion! Und für letztere spielt der Wärmewiderstand des Medium eine untergeordnete Rolle. Luft erwärmt sich, dehnt sich aus und steigt nach oben (Konvektion). >Mit einer Erhöhung der maximalen Leistung an SMD-Widerständen bei >großzügiger Umhüllung mit Epoxidharz bis um den Faktor 5 hätte ich keine >Bedenken. Der Widerstand wahrscheinlich umso mehr. Es mag sein, dass durch spezielle Füllmassen/Harze die Kühlung wesentlich verbessert werden KANN! Aber so allgemein ohne weitere Angaben würde ich das hier nicht sagen. MfG Falk
Hallo, der Vergleich mit der Reihenschaltung stimmt nicht ganz, sonst würden ja auch Kühlkörper keinen Sinn machen. Ich denke mal dass ein eingegossener Widerstand thermisch tendenziell besser an die Umgebung angekoppelt ist als einer an der freien Luft. Man darf aber nicht vergessen dass der Widerstand, unabhängig vom Vergießen, schon einen metallischen Kontakt zur Platine hat über den er einen nicht unerheblichen Teil seiner Wärme los wird. Eine Verbesserung um den Faktor 5 scheint mir da ein wenig optimistisch (rein gefühlsmäßig). Gruß Reinhard
Vorschlag: Macht ein Experiment. Eine Lochrasterplatine mit einem meschanich größeren Widerstand bestücken; Anschlüsse über Draht führen und einen NTC oder besser einen kleinen Pt100 an den Widerstand anbringen und vergießen. Den Widerstand anschließen und mittels einer einfachen Widerstandsmessung die Temperatur feststellen. Langsam die Verlustleistung am Widerstand erhöhen. Und dann bitte: Das Ergebnis hier mitteilen.
@ Reinhard R. (reinhardr) >der Vergleich mit der Reihenschaltung stimmt nicht ganz, sonst würden ja >auch Kühlkörper keinen Sinn machen. Stimmt ;-) @ yyyy (Gast) >Vorschlag: Macht ein Experiment. Gute Idee! (son Scheiss) (Otto Klassiker ;-) >Eine Lochrasterplatine mit einem meschanich größeren Widerstand >bestücken; Anschlüsse über Draht führen und einen NTC oder besser einen >kleinen Pt100 an den Widerstand anbringen und vergießen. Aber erstmal die Temperatur ohne Vergussmasse messen, sonst kann man ja schlecht vergleichen. UN den PT100 SEHR GUT thermisch ankoppeln. MFG Falk
hi fred, ich habe das experiment gemacht, wir vergiessen unsere platinen auch, es stellte sich dieselbe frage, was passiert wenn... ich habe 8 dioden gleichen typs (ausgemessen) in serie gelötet, dann jede 2. mit harz umgossen, die harzschichtungen um den diodenkörper immer doppelt so gross wie den vorherigen, so dass ich 4 dioden eingegossen hatte, 4 wurden durch konvektion der umgebungsluft gekühlt. der diodenstrang wurde mit einem konstantstrom von 800 mA beaufschlagt, der spannungsabfall an jeder diode wurde gemessen. entgegen meiner erwartung verhielten sich alle eigegossenen dioden thermisch günstiger, als die 'unverpackten'. die differenzen waren nicht gerade riesig, es wurde aber deutlich, dass umgebendes harz eine platine thermisch durchaus begünstigt. grüssens, harry
@ Harry Up (harryup) >ich habe 8 dioden gleichen typs (ausgemessen) in serie gelötet, dann >jede 2. mit harz umgossen, die harzschichtungen um den diodenkörper >immer doppelt so gross wie den vorherigen, so dass ich 4 dioden >eingegossen hatte, 4 wurden durch konvektion der umgebungsluft gekühlt. >der diodenstrang wurde mit einem konstantstrom von 800 mA beaufschlagt, >der spannungsabfall an jeder diode wurde gemessen. Naja, ist mal ein Ansatz. >entgegen meiner erwartung verhielten sich alle eigegossenen dioden >thermisch günstiger, als die 'unverpackten'. die differenzen waren nicht >gerade riesig, Nun bring mal Butter bei die Fische! Wieviel Kelvin Temperaturunterschied waren es denn? > es wurde aber deutlich, dass umgebendes harz eine platine >thermisch durchaus begünstigt. Eben, die Betonung liegt auf "durchaus". In deinem Fall sorgt das Harz für eine schnelle Verteilung der Wärme auf eine grössere Fläche, wirkt also wie ein Kühlkörper. Wenn aber die Platine dicht gepackt ist und flächig schon viel Wärme erzeugt sieht das womöglich anders aus. MFg Falk
hi, hier is de budder bei de fischkens, soweit vorhanden. wieviel kelvin das nun waren, weiss ich nicht, es interessiert mich auch nicht sonderlich. der spannungsabfall an den verpackten dioden war nur 20mV höher als an den unverpackten. die letztendlich zum tragen kommende oberfläche des 'harzkühlkörpers' trug nicht entscheidend zur kühlung bei, es scheint, dass der grundsätzliche vorteil in der oberflächenvergrösserung liegt, was eine günstigere wärmeabgabe zufolge hat. wird die distanz zur wärmeabgebenden fläche vergrössert, kann die grössere kühlfläche keinen weiteren vorteil einbringen. es war ja auch nur ein grundsätzliches experiment, das darstellen sollte, ob die 'verpackung' des bauteiles sich positiv, negativ oder nicht auswirkt. übertragen wurde diese erkenntnis dann auf eine servomotor-treiberplatine, auf der die transistoren (to220 housing auf alu verschraubt, oben platine parallel zum alu vollständig vergossen) wärme (auch) an das harz abgeben. die frage war, erhitzt der transistor alle anderen komponenten oder kann deren wärme günstig abgeführt werden. sie kann. grüssens, harry p.s. passt wahrscheinlich nicht auf alle harze, wir verwenden polyurethanharz von peters
@ Harry Up (harryup) >nicht sonderlich. der spannungsabfall an den verpackten dioden war nur >20mV höher als an den unverpackten. die letztendlich zum tragen kommende Macht bei ~2,6mV/K etwa 8K, na immerhin. >servomotor-treiberplatine, auf der die transistoren (to220 housing auf >alu verschraubt, oben platine parallel zum alu vollständig vergossen) >wärme (auch) an das harz abgeben. die frage war, erhitzt der transistor >alle anderen komponenten oder kann deren wärme günstig abgeführt werden. >sie kann. Klar, weil die meiste Wärme übers ALU abgeführt wird. MFG Falk
sicher, hätt' mich auch echt fertiggemacht, wenn ein plastkühlkörper dem alu überlegen wäre. hab nur (unter anderem) 'nen schaltregler drauf, um den hatte ich bissl angst, dass es ihm zu warm werden könnte. ohne harz ging's, mit harz geht's halt besser. grüssens, harry
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