Отвод тепла от крошечных компонентов

В этом случае вы хотите, чтобы контактные площадки были подключены к большим участкам меди, чтобы рассеивать тепло. Я предлагаю вам просмотреть раздел 11 о компоновке и тепловых характеристиках при его укладке и следовать рекомендациям, насколько это возможно. Обратите внимание, насколько велики медные области и сколько переходных отверстий используется. Оба они помогают рассеивать тепло от микросхемы.

@1N4007 прав насчет тепловых расчетов, но имейте в виду, что значение 28ºC/Вт обычно основано на определенной площади меди. Мне не удалось найти указанное в даташите, но часто это 1 кв. дюйм меди, так что 28ºC/Вт только от чипа, т.е. на воздухе, может и не получиться.

Хотя я, как и вы, немного удивлен отсутствием прокладки, быстрый расчет на обратной стороне салфетки заставляет меня думать, что вы можете быть в порядке как есть.

Техническое описание показывает, что вы сохраняете КПД выше 90% во всем рабочем диапазоне. А с 5 В при 2,5 А вы имеете дело с 12,5 Вт ... так что вы можете рассеивать в худшем случае 1,25 Вт. Умножьте это на 28°C/Вт перехода к температуре окружающей среды, и вы получите 35°C. Вычтите из максимальной температуры перехода 125°C, и вы получите 90°C окружающей среды. Так что пока температура воздуха вокруг чипа ниже 90 градусов, все в порядке.

Кстати, если вы можете себе это позволить, вы можете избавить себя от необходимости вручную лужить дорожки, увеличив толщину меди на внешних слоях. Я не могу сразу сказать, какова толщина меди на этой плате, но если вы укажете «2 унции» меди для внешних слоев, это приведет к более толстым дорожкам и большему поперечному сечению для пропускания тока. По умолчанию обычно 1/2 унции или 1 унция.

Таким образом, переходные отверстия с отношением длины окружности к высоте 1:1 содержат КВАДРАТ меди; толщина может составлять 20 микрон или 35 микрон или иная, в зависимости от того, как долго в доме для печатных плат проходил этап промежуточного покрытия.

Один квадрат меди толщиной 35 микрон стоит 70 центов на ватт.

Таким образом, каждое переходное отверстие составляет 70 центов на ватт.

И тепло, пытающееся распространиться сбоку, на поверхности, также ограничено этими 70 центами на ватт на квадрат.

Предположим, что тепло генерируется в углу печатной платы. Каково тепловое сопротивление остальной части печатной платы?

Что делать, если тепло выделяется в СРЕДНЕ печатной платы?

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Рассмотрим тепло, попадающее в один квадрат фольги. Возможно, от лепестка 2 мм СОТ-23 или лепестка 1 см ^ 2 ТО-220. Каково тепловое сопротивление окружающей печатной платы. Окружите этот единственный квадрат, любого размера, сеткой 3*3, направив тепло в средний квадрат. Вокруг центра 8 квадратов; тепловое сопротивление из этого центрального квадрата равно

$$(70degree C/watt) / 8$$ или 9 градусов C/ватт. Теперь рассмотрим сетку 5*5. Какое дополнительное тепловое сопротивление вносит внешнее кольцо 4+4+4+4 квадрата? Просто раздели $$(70degree C/watt)/12$$ или 6 градусов C/ватт. Если исходная ИС (источник тепла) имеет Rthermal 25 градусов Цельсия соединение_к_корпусу, то мы просто добавляем 25 + 9 + 6 = 40 градусов Цельсия/ватт.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Что, если этим квадратам 5*5 нужно отводить тепло в базовую плоскость GND? Rthermal эпоксидного стекловолокна примерно в 200 раз выше, чем у медной фольги. Вы можете использовать Rthermal медных кубов, 1/(340 ватт/градус C * метр) или 1/(3,4 ватт/градус C * см) и уменьшить толщину до 20 или 60 мил. Затем увеличьте масштаб в 200 раз, как приближение для FR-4.

Возьмите блокнот для кадрили и начните зарисовывать тепловые потоки через сетки, латерально и вертикально через переходные отверстия и FR-4. Или создайте 2_D сетку резисторов в SPICE, с фольгой на поверхности, используя низкие значения, и FR_4 между слоями, используя в 200 раз более высокие значения R (как по x, так и по y, чтобы сделать куб FR-4).

Чтобы лучше отводить тепло в нижележащую плоскость, в стеке используйте минимально допустимую толщину между слоем 1 и плоскостью GND (большая область GND) на слое 2. И помните большие прокладки для сброса тепла, которые предлагает TI:

Чтобы еще лучше сбрасывать тепло, увеличьте эту область SW под IC. Приложение TI игнорирует 70-градусный цент на ватт на квадрат фольги. От середины площадки «SW» до области «SW», где припаян индуктор, есть 3 или 4 квадрата. Тем не менее, контактная площадка SW является СТОКОМ внутреннего переключателя FET, основного теплогенератора.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}