Benötigte PCB-Oberfläche zum Kühlen eines SOIC-8 EP-Gehäuses

Ich habe einen Teil in einem SOIC-8 EP-Paket. Das "EP" zeigt an, dass es sich um eine Verpackung mit einem freiliegenden Pad handelt, das Wärme auf die Leiterplatte übertragen kann. Ich möchte besser verstehen, wie viel Leiterplattenoberfläche ich benötige, um das Teil bei unterschiedlichen Stromverbrauchsstufen zu kühlen. Sagen wir 1 Watt 1/2 Watt und 0,1 Watt.

Ich habe einige White Papers gelesen. Sie sagen im Grunde:

PD = (TJ - TA) / & thgr; JA

Wobei θJA = Theta ja (Übergang zur Umgebung) in C / W TJ = Bewertung der Übergangstemperatur in C TA = Umgebungstemperatur in C PD = Verlustleistung in Watt

θJA kann in drei Teile aufgeteilt werden, die sich addieren:

θJA = θJC + θCS + θSA

Wobei: θJC = Theta JC (Übergang zum Gehäuse) ° C / W θCS = Theta CS (Gehäuse zum Kühlkörper) ° C / W θSA = Theta SA (Kühlkörper zur Umgebung) ° C / W.

Das Datenblatt des Teils sagt mir: θJC = 10 ° C / W TJ = 150 ° C.

Ich kann mir eine Umgebungstemperatur vorstellen, sagen wir 22 ° C.

Aber dann fehlt mir noch Folgendes: θCS und θSA. Ich könnte mir vorstellen, dass θCS vernachlässigbar ist, stimmt das? θSA Ich finde es schwierig, Via zu verwenden, um die Wärme auf die andere Seite der Leiterplatte zu leiten, aber ich kann keine Daten finden, die mir eine Vorstellung davon geben, welche Nummer ich für θSA verwenden kann. Es fällt mir auch schwer herauszufinden, ob ich 35um (1oz) oder 70um (2oz) PCB benötige.

Dies ist eigentlich eine ziemlich tiefe Frage. Glücklicherweise gibt es zu diesem Thema eine umfangreiche Literaturschicht. Sie sind im Grunde genommen auf dem richtigen Weg, haben aber aus irgendeinem Grund nicht die richtigen Artikel gefunden.

Ja, wenn das Pad verlötet ist, können Sie θCS als Null annehmen.

In Bezug auf Durchkontaktierungen beträgt der typische Wärmewiderstand einer Durchkontaktierung über eine 1,6-mm-FR4-Leiterplatte je nach Stapel und Durchkontaktierungsgröße 130 bis 250 ° C / W. Sie würden also nur wenige von ihnen benötigen, um eine Wirkung zu erzielen. Oder Sie können einen Durchmesser von 2 mm herstellen und ihn mit Lot füllen. Es gibt viele Taschenrechner zu diesem Thema, Google für "Wärmewiderstand von via Rechner".

Alle Details werden in diesem Application Note AN-2020 anhand von Formeln und praktischen Beispielen perfekt erläutert .

Die endgültigen Ergebnisse hängen von den Details der Umgebungsbedingungen ab, unabhängig davon, ob die Platte vertikal oder horizontal ausgerichtet ist, ob Hindernisse für den natürlichen konvektiven Luftstrom bestehen oder ob eine Zwangsbelüftung vorhanden ist. Ein Wärmebild der Leiterplatte hilft enorm bei der Beurteilung des thermischen Zustands der Leiterplatte, und falls erforderlich, sollten Konstruktionskorrekturen vorgenommen werden.

Aber für eine 1-W-Verlustleistung und ein 3x3-mm-Wärmeleitpad, das auf eine 1,5-Unzen-Leiterplatte gelötet ist, würde ich mir angesichts von TJ = 150 ° C keine großen Sorgen machen.

Die Standard-Kupferfolie - 1 Unze pro Quadratfuß, 35 Mikron dick, 1,4 mil dick - hat einen Wärmewiderstand von 70 Grad Celsius von einer Kante des Quadrats zur gegenüberliegenden Kante des Quadrats.

Somit hat eine 0,1 "lange Spur mit einer Breite von 0,01", einem Seitenverhältnis von 10: 1 und 10 Quadraten Folie einen Wärmewiderstand entlang der Spur von 10 · 70 = 700 Grad Celsius pro Watt.

Ein solcher Wärmeverteiler hat 70/8 = 9 Grad Celsius pro Watt

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Dies ist eine gute Ressource: HeatSinkCalculator
Sie haben eine eingeschränkte Funktionalität, die frei genutzt werden kann.

Sie können auch eine thermische Analyse mit der WebBench von TI durchführen.

Die LED-Hersteller haben einige gute Dokumentationen zum PCB-Design.
Cree: Optimierung der thermischen Leistung von Leiterplatten

In Bezug auf thermische Durchkontaktierungen habe ich viel recherchiert und der Konsens bestand darin, 15-mil-Löcher mit einem Abstand von 35-mil-Zentren und maximal 15-löchern zu verwenden. Und verwenden Sie 2 Unzen Kupfer.

Ich fand die thermische Via-Methode unzureichend. Was ich getan habe, war, das Wärmeleitpad auf der PCB-Deckschicht an einem Ende des Chips mit einem größeren Pad mit einem 4/40 oder 3 mm Schraubenloch zu verlängern, um einen Kühlkörper zu montieren.

Ich dachte bei dieser Methode, dass der Wärmewiderstand auf der obersten Schicht am niedrigsten sein würde.

Eine andere Sache, die ich tat, war die Verwendung einer blanken Kupfer-Leiterplattenoberfläche, wenn kein Kühlkörper erforderlich war. Ein oxidiertes Kupferkissen hat ein viel höheres thermisches Emissionsvermögen.

LED