Wie funktioniert die Verlustleistung für oberflächenmontierte Komponenten?

Ich weiß, dass wir mit üblichen Durchgangslochkomponenten Kühlkörper usw. anbringen können . Aber wie funktioniert es mit oberflächenmontierten Komponenten ? Ist eine Kupferplatte um die Komponente herum der richtige Weg? Wie berechnen wir die benötigte Fläche?

Insbesondere schaue ich mir diesen oberflächenmontierten Schaltleistungs-MOSFET IRF7452 (Datenblatt) im SO8-Gehäuse an . Ich bin sicher, dass es eine andere externe Form des Kühlkörpers als sein Gehäuse erfordert. Aber ich scheine es nirgendwo auf dem Datenblatt geschrieben zu sehen? Woher wissen Sie, wie viel maximale Wärmeenergie mit dem Gehäuse des MOSFET selbst abgeführt werden kann? Wie geht man bei der Gestaltung des Kühlkörpers für so etwas vor? Wäre die Kupferebene mit der Erde verbunden? Welcher Teil des Chips wird die meiste Wärme kontaktieren und übertragen?

Soic (SO8)-Chips sind schön flach. Sie können Wärmeleitpaste und einen Kühlkörper direkt darüber hinzufügen.
Ist das etwas, was allgemein gemacht wird? Ich habe es noch nie in irgendwelchen PCBs gesehen, mit denen ich herumgespielt habe?
sehr gewöhnlich. Schauen Sie sich jedes Motherboard an. Kühlkörper auf der CPU und Northbridge und Southbridge, manchmal auf WLAN-Chips oder WLAN + CPU-Kombinationen socs.heatsinks zur Spannungsregulierung von Dpaks. Abgesehen von CPUs und Linearreglern ist der einzige andere Chiptyp, der regelmäßig Kühlkörper auf SMD hat, Motortreiber.
Ich meinte, ich habe keine Kühlkörper auf Komponenten der Größe SO8 gesehen? Sind das üblich? Ich könnte mir überlegen, das stattdessen zu tun. Wie vergleicht es sich mit der Kühlung der Kupferebene?
Kupferhobel ist bei den meisten einfacheren Platinen billiger und einfacher. Kühlkörper werden oft als Postproduktionslösung für ein schlechtes Platinendesign ohne ausreichende Kupferkühlung verwendet. Und da die beste Wärmeleistung über die Zuleitungen erfolgt, nicht so effektiv. Aber es gibt Zeiten, in denen die Boardgröße eingeschränkt oder dicht gepackt ist. Wenn Kupfer allein nicht ausreicht oder die Größe begrenzt ist, ist eine Kombination aus beidem am besten anstelle nur eines Kühlkörpers.

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SMT-Komponenten werden normalerweise auf einer Kupferebene oder einem Kupferguss auf der Leiterplatte wärmeabgelassen. Erdungs- und Stromversorgungsebenen sind normalerweise die größten Kupfergüsse, daher ist es schön, in der Lage zu sein, sie zu kühlen. Aber das ist nicht immer möglich, und es müssen zusätzliche Kupfergüsse erstellt werden.

In einigen Fällen eignen sich bestimmte Stifte besser zum Kühlen als andere. Bei diesem Leistungs-MOSFET sorgen zum Beispiel Drain-Pins für eine Wärmeableitung. Soweit ich weiß, sind alle MOSFETs in SOIC so angeordnet.

Querschnittsansicht eines Leistungs-MOSFET in einem SMT-Gull-Wing-Gehäuse, montiert auf einer Leiterplatte. Die Zeichnung zeigt den Beitrag verschiedener thermischer Widerstände.(Quelle Abb.5 im Anwendungshinweis )

Elektrisch ist der Abfluss normalerweise nicht mit Strom oder Masse verbunden, und für die Wärmeableitung muss ein separater Kupferguss erstellt werden.

Der Bereich des Kupfergusses stellt den thermischen Widerstand zwischen Bauteilaußenseite und Umgebungsluft ein. Einige Daten zum PCB-Kühlkörper finden Sie im LM317-Datenblatt auf den Seiten 15-17

Hier ist mein eigenes Beispiel für einen PCB-Kühlkörper. Ein 7805-Spannungsregler in TO-252 (U4) ist auf einer 2-Lagen-Leiterplatte wärmeversenkt. Glücklicherweise ist das Wärmeleitpad von 7805 mit Masse verbunden. So kann ich die gemahlenen Kupfergüsse zum Kühlen verwenden.

Oberste SchichtPCB-Layout. Oberste Schicht.

Unterste SchichtPCB-Layout. Unterste Schicht.

Das Handbuch für das Evaluierungsboard des SMPS-Controllers ist eine weitere Quelle für Layout-Richtlinien. (Nicht nur Wärmemanagement. SMPS können Layout-empfindlich sein.)

Weiterlesen

Fairchild (jetzt Teil von On Semiconductor) Application Note Maximum Power Enhancement Techniques for SO-8 Power MOSFETs
TI Application Note Semiconductor and IC package thermal metrics

Im Allgemeinen wird die Wärme normalerweise aus dem Leiterrahmen herausgeleitet, entweder durch ein Wärmeleitpad auf der Unterseite des Gehäuses oder durch die Anschlussdrähte. Der Wärmewiderstand kann von einem Bauteiltyp zum anderen enorm variieren, selbst bei nominell ähnlichen Bauteilen, aufgrund von Unterschieden in der Konstruktion und den im Leiterrahmen verwendeten Materialien.

Im Fall Ihres IRF-Teils zeigt das Datenblatt die θ J EIN B. 50°C/W unter spezifizierten Bedingungen.

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Die Notiz, die wir auf Seite 8 des Datenblatts erwartet hätten, ist jedoch nicht vorhanden, daher wissen wir es nicht. Ein anderer ähnlicher Teil sagt (Bezug ist in diesem Fall auf Anmerkung 4, IRF7401)

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Okay, um herauszufinden, was Sie tatsächlich bekommen werden, wenn sich Ihre Situation von der typischen unterscheidet, lesen Sie Informationen wie diese IRF-Anwendungsnotiz AN-994 .

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Das basiert auf einem Standard-Board-Design mit 2-oz-Kupfer wie folgt:

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Weitere Informationen finden Sie im Anwendungshinweis.

2-Unzen-Kupfer ist relativ dick, aber Sie können auch Situationen haben, in denen sich das Teil auf einer 4-Lagen-Platine mit thermischen Durchkontaktierungen befindet, die Wärme zu internen Ebenen leiten, oder sogar eine Aluminiumkernplatine verwenden. Bei SMD-Geräten können das und das Gehäuse einen Unterschied in der Größenordnung der Wärmeableitung ausmachen, insbesondere bei kleinen Gehäusen wie SC-70.

Obwohl sich die Prinzipien nicht ändern, ist es äußerst wichtig, die genauen Parameter des Herstellers und des Gehäusetyps zu verwenden, die Sie tatsächlich verwenden, da die Variationen ziemlich groß sein können (z. B. von einem Kovar zu einem Kupfer-Leadframe).

Wie funktioniert die Verlustleistung für oberflächenmontierte Komponenten?
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