Wie funktioniert die Verlustleistung für oberflächenmontierte Komponenten?

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

Insbesondere betrachte ich diesen oberflächenmontierten Schaltleistungs-MOSFET IRF7452 des SO8-Gehäuses (Datenblatt) . Ich bin sicher, dass es eine andere externe Form des Kühlkörpers als den Fall erfordert . Aber ich sehe es anscheinend nirgendwo auf dem Datenblatt? Woher wissen Sie, wie viel maximale Wärmeenergie im Fall des MOSFET selbst abgeführt werden kann? Wie gestaltet man den Kühlkörper für so etwas? Würde die Kupferebene mit der Erde verbunden sein? Welcher Teil des Chips berührt und überträgt den größten Teil der Wärme?

Schnelle Antwort: http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-1029.pdf

SMT-Komponenten werden normalerweise auf eine Kupferebene oder einen Kupferguss auf der Leiterplatte versenkt. Boden- und Kraftflugzeuge sind normalerweise die größten Kupfergüsse, daher ist es schön, sie mit einem Kühlkörper versehen zu können. Dies ist jedoch nicht immer möglich, und es müssen zusätzliche Kupfergüsse erzeugt werden.

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

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

Der Bereich des Kupfergusses legt den Wärmewiderstand zwischen der Außenseite des Bauteils und der Umgebungsluft fest. Einige Daten zum PCB-Kühlkörper finden Sie im Datenblatt LM317, S. 15-17

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

Oberste Schicht

Untere Schicht

Das Handbuch für die Evaluierungskarte des SMPS-Controllers ist eine weitere Quelle für Layoutrichtlinien. (Nicht nur Wärmemanagement. SMPS können layoutempfindlich sein.)

Im Allgemeinen wird die Wärme normalerweise über ein Wärmeleitpad am Boden der Verpackung oder über die Leitungen aus dem Leadframe abgeleitet. Der Wärmewiderstand kann von einem Teiletyp zum anderen enorm variieren, selbst bei nominell ähnlichen Bauteilen, da sich die Konstruktion und die im Leadframe verwendeten Materialien unterscheiden.

Im Fall Ihres IRF-Teils zeigt das Datenblatt die $\theta_{JA}$ als 50 ° C / W unter bestimmten Bedingungen.

Der Hinweis, den wir auf Seite 8 des Datenblattes erwarten würden, ist jedoch nicht vorhanden, sodass wir es nicht wissen. Ein anderer ähnlicher Teil besagt (in diesem Fall wird auf Anmerkung 4 verwiesen, IRF7401).

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

Dies basiert auf einem Standardplatinen-Design mit 2-Unzen-Kupfer wie folgt:

Weitere Informationen finden Sie im Anwendungshinweis.

2-Unzen-Kupfer ist relativ dick, aber es kann auch vorkommen, dass sich das Teil auf einer 4-Lagen-Platte mit Wärmeleitpasten befindet, die Wärme an interne Ebenen leiten, oder sogar eine Aluminium-Kernplatte verwenden. Mit SMD-Geräten, die und das Gehäuse einen Unterschied in der Größenordnung der Wärmeableitung bewirken können, insbesondere bei kleinen Gehäusen wie SC-70.

Obwohl sich die Prinzipien nicht ändern, ist es von entscheidender Bedeutung, die genauen Parameter des Herstellers und des Verpackungstyps zu verwenden, die Sie tatsächlich verwenden, da die Abweichungen sehr groß sein können (z. B. von einem Kovar zu einem Kupfer-Leadframe).