Радиатор сверху SMD пластиковой ИС или снизу печатной платы?

Я часто занимаюсь проектированием силовых модулей и всегда задаюсь вопросом, есть ли какое-то правило, как правильно охлаждать SMD-устройства. Я всегда смотрю на конечные продукты других компаний, и некоторые размещают радиатор снизу платы, а другие сверху - прямо на SMD-компонентах в пластиковых корпусах.

Многие силовые ИС и полевые МОП-транзисторы имеют большие термопрокладки внизу, и теплопередача должна быть действительно хорошей. Но добавление, например, 2 мм FR4 печатной платы также является хорошим теплоизолятором... По сравнению с 1 мм или меньше эпоксидной смолы на корпусе ввода-вывода, я не думаю, что это может быть хуже...

Чтобы еще больше сбить с толку, некоторые силовые ИС даже не имеют надлежащей термопрокладки — например, TPS63070 , с которой я сейчас работаю.

Что лучше? Установка радиатора снизу или сверху? Зависит ли это от толщины слоев Cu?

Если используется термопрокладка, есть ли на печатной плате переходные отверстия и большая заземляющая пластина для отвода тепла? Используются ли переходные отверстия для передачи части тепла на противоположную сторону? Каково нормальное направление монтажа печатной платы? Поток воздуха в корпусе? Все эти вопросы помогут ответить на этот...
Я не уверен, что вам стоит даже искать общее правило. Производитель устройств знает о тепловых характеристиках своей продукции, поэтому следуйте рекомендациям производителя.
Попробуйте обойтись только печатной платой в качестве радиатора, если сможете. Радиаторы - это PITA.

Ответы (3)

Вот несколько общее правило. Когда SMT-транзистор или ИС имеют термопрокладку в нижней части, они предназначены для отвода тепла от печатной платы. (Компоненты без термопрокладок отводят тепло к печатной плате через контакты.) Тепловое сопротивление от кристалла до термопрокладки намного ниже, чем до верхней части ИС. В случае ИС термопрокладка представляет собой потенциал земли, и вы можете подключить ее к заземляющему слою, который является хорошим теплоотводом. В случае транзисторов термопрокладка часто не может быть подключена к заземлению или плоскости питания.

Итак, мы припаяли микросхему к печатной плате. Тогда как мы рассеиваем тепло от печатной платы?
Печатная плата может рассеивать некоторую мощность сама по себе. Если печатная плата достаточно велика, и мощность, которую она должна рассеивать, не слишком велика, а температура окружающей среды не слишком высока, то может быть достаточно самой печатной платы. Если конструкция плотная, и печатная плата не может рассеивать достаточно энергии сама по себе, то необходим дополнительный теплоотвод.

Вы можете нагреть печатную плату в металлический корпус. Вы можете добавить радиаторы SMT. Можно прикрутить радиаторы. Есть разные способы сделать это, которые зависят от разных требований и ситуаций.
Здесь становится трудно говорить об общих правилах.

дополнительное чтение:
как работает рассеивание мощности для компонентов поверхностного монтажа?
Оптимизируйте конструкцию радиатора — подсоедините охлаждающую панель к задней стороне печатной платы с помощью переходных отверстий.

Общее правило таково, общего правила нет.

В любом случае вам необходимо понимать полный тепловой путь от кристалла до окружающей среды.

Некоторые детали SMD имеют термопрокладки, и в этом случае вы можете использовать множество медных переходных отверстий для отвода тепла на другую сторону печатной платы, где вы сможете более эффективно справляться с ним.

Другие SMD используют только выводные рамки для отвода тепла, и в этом случае вы можете сделать то же самое, но с дополнительными требованиями к электрической изоляции.

Нанесение радиатора непосредственно на эпоксидную смолу — наименее желательный, но иногда и единственный доступный вариант.

Скорее всего, вам не нужен радиатор , если только тепловое сопротивление теплового перехода к плате составляет 13C/Вт, а деталь поддерживает рабочую температуру 125C.

Предполагая самое высокое выходное напряжение и ток, которые составляют 2 А и 9 Вт, это составит 18 Вт мощности через устройство. С нижней границей эффективности 80% это будет означать, что показатель рассеиваемой мощности для наихудшего случая составит около 3,6 Вт. Рассеиваемая мощность 3,6 Вт соответствует повышению температуры на 50°С по сравнению с температурой печатной платы.

Это означает, что если бы температура печатной платы была 40°C, температура детали была бы 90°C, что все еще было бы в пределах рабочей температуры. Это также предполагает отсутствие потерь тепла с воздухом, воздух вносит дополнительные 20% потерь тепла через верхнюю часть.

Есть также некоторые предостережения относительно этой цифры, одна из которых заключается в том, что некоторая неэффективность связана с катушкой индуктивности, и некоторая мощность будет рассеиваться там, поэтому в этом наихудшем сценарии температура должна быть менее 50°C.

Вы должны использовать радиатор, если температура платы будет высокой или если температура окружающей среды плохая (например, выше 50°C). Имейте в виду, что теплоотвод у радиатора в 4 раза меньше, чем у контактов, поэтому лучший способ отвести тепло от детали — это контакты и хорошая тепловая конструкция печатной платы.

Если нет, следуйте рекомендуемой компоновке платы и используйте хорошую тепловую конструкцию печатной платы: Источник: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps63070.pdfвведите описание изображения здесь