Wie bestimme ich die Kupferfläche, die auf einer Leiterplatte benötigt wird, um einen SMD-Leistungs-MOSFET ausreichend zu kühlen?

Ich plane, den IRFR5305PBF-Leistungs-MOSFET (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305pbf.pdf) zum Einschalten einer Last zu verwenden. Ich habe festgestellt, dass ich einen externen Kühlkörper mit Rthsa <29 C / W benötige.

Wie würde ich vorgehen, um die Fläche des Kupfers auf der Leiterplatte zu bestimmen, die für einen Wärmewiderstand von <29 C / W erforderlich ist?

Ich habe versucht, in Google und der IEEE-Datenbank zu suchen, aber die Artikel zeigen mir nicht klar, wie ich das berechnen soll.

Bearbeiten: Ich verwende eine 4-Lagen-Platine mit 1 Unze Kupfer auf der Ober- und Unterseite und 0,5 Unzen Kupfer für die inneren Lagen.

Leider gibt es keine einfache Antwort auf Ihre Frage. Es gibt zu viele Variablen im Problem, als dass irgendjemand jede mögliche Konfiguration gemessen oder charakterisiert hätte: Dicke des FR4, Anzahl der Kupferebenenschichten, Anzahl der Durchkontaktierungen zwischen den Ebenenschichten, Menge des Luftstroms über die Platine und Zulufttemperatur , der thermische Beitrag von anderen nahe gelegenen Teilen usw. usw.

Es gibt Standardprüfverfahren, die jedoch für jede reale Situation kaum relevant sind, hauptsächlich weil sie nur blankes FR4 ohne Kupferschichten als Wärmeverteilungselement verwenden. Verschiedene Anbieter haben auch Werte für bestimmte Konfigurationen veröffentlicht. Das Datenblatt, das Sie verlinkt haben, bezieht sich beispielsweise auf AN-994 von IRF , in dem die Wärmewiderstandswerte für verschiedene von diesem Unternehmen angebotene Pakete angegeben sind. Beachten Sie jedoch, dass ihre Standardtestbedingung 2 oz verwendet. Kupfer auf den äußeren Schichten.

Lineartechnik ist ein weiteres Unternehmen, das aussagekräftige thermische Ergebnisse veröffentlicht. Wenn Sie eines ihrer Teile in der gleichen Verpackung wie Ihr FET finden und das Datenblatt überprüfen, erhalten Sie wahrscheinlich eine Tabelle des Wärmewiderstands für Wärmeverteiler verschiedener Größe auf der oberen und unteren Schicht.

Für ihr DDPAK-Paket, das nicht ganz mit dem DPAK Ihres IRF-Teils übereinstimmt, geben sie beispielsweise Folgendes an:

(Weitere Informationen zu den Testbedingungen finden Sie im Datenblatt des LT1965.)

Zumindest sieht man, dass es eine Herausforderung ist, auf weniger als 29 C / W zu kommen. Die einzigen Testbedingungen in den linearen Ergebnissen, die erreicht wurden, erforderten 4 Quadratzoll Kupfer sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Schicht.

Aber auch hier können Sie sich nur auf diese Zahlen als Richtwerte verlassen, da Faktoren wie der Luftstrom die tatsächlichen Ergebnisse in Ihrer Anwendung stark beeinflussen.

Schlagen Sie vor, dass Sie sich SMT-Kühlkörper (z. B. diesen für DPAK-Geräte von Aavid ) ansehen, da diese Ihren Spezifikationen entsprechen (natürlich mit ausreichender Luftzirkulation / Konvektion).

Bezüglich des PCB-Kupferbereichs können Sie Appnotes wie dieses von Fairchild prüfen , aber ich vermute, dass der erforderliche Bereich ziemlich groß ist (> 1 Quadratzoll), was wahrscheinlich keine gute Garantie für Wärmeableitung ist.

Robert Kollman bietet einige Seiten zu diesem Thema unter Überlegungen zum Aufbau des Netzteils in Abschnitt V - Thermische Überlegungen.

Ich habe das nie alleine gemacht, aber ich erinnere mich an dieses Papier. Er liefert einige Beispiele, also können Sie dies wahrscheinlich auf Ihren Fall übertragen.

Hier ist ein interessanter Artikel, der die Verwendung von 4 Schichten und Durchkontaktierungen unter dem Gerät vorschlägt : AN10874 - LFPAK MOSFET Thermal Design Guide - Application Note