Jump to content

    
Sign in to follow this  
drum1987

Охлаждение LFPAK(Power SO-8) через плату

Recommended Posts

Есть преобразователь напряжения 12->33В на 300Вт. Частота преобразования 260 - 300кГц. Прототипом PCB послужил отладочник на примененной микросхеме + видеокарта. В итоге сделал 6 слоев по 18мкм(за это сильно не ругайте - нужно было уложиться в срочное производство резонита). Охлаждение планируется через плату с противоположной стороны установки транзисторов.

C видюхи слизал 9 отверстий под брюхом полевика + собственные догадки про то, как передать тепло родили такую топологию в районе полевиков:

365900731d97t.jpg

все переходные отверстия залиты припоем, сверху на транзисторы ничего не установлено. Отвод тепла только через пасту. Снизу лак с платы убран в округе транзисторов, и, через КПТ-8 и термопрокладку толщиной 2,5 мм, теплопроводностью 1 W/m-K (по заявлению производителя) плата крепится на алюминиевый ребристый радиатор с площадью поверхности около 500 см2. При максимальной нагрузке КПД чуть меньше 95% следовательно нужно рассеить 15Вт тепла. При 25 окружающих полевик имеет:

3c0d239c6b8ft.jpg

Покритикуйте/посоветуйте как улучшить или прогу где можно промоделировать это какнить... ThermaSim от Vishay пробовал, но там нет возможности проможелировать случай когда радиатор не на комплектующих, а с обратной стороны платы.

Может есть смысл перенести транзисторы на нижнюю сторону и не переживать?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Почитайте статью - "Рекомендации по проектированию печатных плат для интегральных модулей питания серии LMZ" из журнала "КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ" №11 2010 .

Share this post


Link to post
Share on other sites

Переходные надо делать меньшего диаметра и плотнее, т.к. меди в стенке переходника 18 мкм, а остальной диаметр занимает припой который проводит тепло примерно на порядок хуже меди.

Радиатор ставить не через прокладку, а прямо на медь через термопасту(но в эфир излучать радиатор будет неслабо), просто попробуй так сделать - станет существенно лучше, если нужна электрическая изоляция - разрезать для пробы на части. Но всё-равно основное сопротивление у тебя на переходных отверстиях.

Кстати, термопасту под термопрокладку лучше не ложить - скорее всего будет только хуже. Термопаста полезна когда надо притереть две жесткие поверхности.

 

И вообще, непонятно, что мешает при такой плотности переходных отверстий перенести транзисторы на ту сторону где радиатор?

Edited by HardEgor

Share this post


Link to post
Share on other sites

maugli спасибо за статью....прочитал, внял тому, что написано.

 

HardEgor в качестве радиатора используется стенка корпуса - резать не получится и изоляция нужна. Про термопасту согласен(мужики с работы надоумили - после проверки понял что эффекта нет). Про перенос транзисторов на другую сторону я думал сразу, но побоялся паразитной индуктивности(согласен, что идиот) да и драл с отладочника. Теперь понимаю что если перенести, то получится, что тепло радиатор будет снимать только с полевиков, а дроссели, датчики тока, драйверы и прочая требуха будут греть висящую в воздухе плату и их тепловой режим сильно ухудшится.

 

Планы возникли сегодня на вторую ревизию платы следующие:

-плату сделать на фольге 35мкм

-уменьшить переходные отверстия вокруг корпуса до 0,3мм + увеличить их количество в 1,5 раза

-под брюшком полевика сделать отверстий 4*5 по 0,3мм

-сделать дублеры футпринтов полевиков на обратной стороне платы

-убрать лак с обратной стороны платы в месте установки полевиков

-применить менее толстую термопрокладку

Edited by drum1987

Share this post


Link to post
Share on other sites

Судя по термофото у тебя греются только транзисторы и дорожки под ними, а индуктивности стоят холодные.

Когда переставишь на другую сторону, всё тепло уйдёт туда. На другой стороне можно и площадки под транзисторы побольше сделать чтобы тепло по плате растекалось лучше.

Корпус транзистора изолированный - можно самую тонкую прокладку применить. Ну и корпус-радиатор надо утолщать в месте теплового контакта с транзисторами, чтобы тепловое сопротивление уменьшить.

Лучше конечно посмотреть в сторону DirectFet by International Rectifier - у них корпус металлический - лучше тепло стекать будет. Насколько я помню еще у Infineon такие корпуса есть.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Судя по термофото у тебя греются только транзисторы и дорожки под ними, а индуктивности стоят холодные.

Когда переставишь на другую сторону, всё тепло уйдёт туда. На другой стороне можно и площадки под транзисторы побольше сделать чтобы тепло по плате растекалось лучше.

Корпус транзистора изолированный - можно самую тонкую прокладку применить. Ну и корпус-радиатор надо утолщать в месте теплового контакта с транзисторами, чтобы тепловое сопротивление уменьшить.

Лучше конечно посмотреть в сторону DirectFet by International Rectifier - у них корпус металлический - лучше тепло стекать будет. Насколько я помню еще у Infineon такие корпуса есть.

Ну холодные это 55 градусов:).

про тонкую прокладку согласен - можно будет вообще пастой мазать тупо

Директ феты я смотрел, но они при тех же условиях (Rdson) имеют больший заряд затвора и бОльшую емкость Миллера причем существенно.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Иногда приходиться делать платы, которые использую в качестве теплоотвода. Мощности небольшие поэтому обычно обхожусь без радиаторов. К сожалению не умею их рассчитывать и тепловизора нет. Несколько мыслей вслух.

1. Подобрать транзисторы, например используя, Digikey. На небольшие напряжения приличные транзисторы в подобных корпусах у NXP, Infineon особенно со встроенным типа диода Шоттки, TI.

2. Т.к. у вас на другой стороне стоит радиатор, то применение более толстой фольги особого эффекта не даст. Вам же надо не "размазать" тепло по плате, а передать на другую сторону. Я бы толщину фольги конечно бы увеличил, но сильно на это не надеялся.

3. Смущает на термофото горячее место над транзисторами. Плата расположена вертикально? Почему там плата горячая, а снизу слева справа нет? Ведь всё тепло должно уйти вниз на теплоотвод.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ну холодные это 55 градусов:).

про тонкую прокладку согласен - можно будет вообще пастой мазать тупо

55 градусов - это нормально, это не 85 :)

А вот прокладку или пасту - большой вопрос, точнее вопрос в плоскопараллельности радиатора и двух припаянных транзисторов. Плюс непонятно какая будет точность сборки радиатор-плата. В таких местах обычно прокладку применяют.

2. Т.к. у вас на другой стороне стоит радиатор, то применение более толстой фольги особого эффекта не даст. Вам же надо не "размазать" тепло по плате, а передать на другую сторону. Я бы толщину фольги конечно бы увеличил, но сильно на это не надеялся.

Размазывание по плате улучшит конвективное охлаждение, хотя-бы частично отведет тепло в стороны и уменьшит температуру в самой горячей точке - под транзисторами.

Кстати, а в корпусе есть принудительное охлаждение?

3. Смущает на термофото горячее место над транзисторами. Плата расположена вертикально? Почему там плата горячая, а снизу слева справа нет? Ведь всё тепло должно уйти вниз на теплоотвод.

Это сток транзистора, конструктивно основное тепло стекает с него, поэтому и его дорожка горячее.

Edited by HardEgor

Share this post


Link to post
Share on other sites

55 градусов - это нормально, это не 85 Когда поднимем плату с радиатора, то будут те же 85:)только не на полевиках а на дросселях

 

Корпус пассивный и снаружи, и внутри.

 

На счет полевиков - когда я их подбирал, то лучше не нашел, хотя не исключаю, что есть более подходящие для этой задачи

 

Преоположу, что кузова полевиков горячее всего остального потому, что они черные -> излучают больше

Edited by drum1987

Share this post


Link to post
Share on other sites
Это сток транзистора, конструктивно основное тепло стекает с него, поэтому и его дорожка горячее.
Для меня LFPAK это основной корпус для мощных полевиков, так что я в курсе :biggrin: . Меня озадачивает почему полигон стока над корпусом сверху горячий, а справа слева от корпусов нет.

Мне кажется надо распространить площадь соприкосновения радиатора и над стоками полевиков, чтобы горяее место осталось только под корпусами. Чтобы радиатор по максимуму забирал тепло с платы.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Преоположу, что кузова полевиков горячее всего остального потому, что они черные -> излучают больше

Не из-за этого, а потому что они являются источником тепла и поэтому самые горячие.

А то что черные это совсем не влияет - излучением тепло передается исчезающе мало, по сравнению с отводом по выводам транзисторов или по прижатому к корпусу радиатору.

 

Возьми какую-нибудь книжку по расчету радиаторов, там про это написано.

Да, и вообще-то читать первоисточники надо:

http://www.nxp.com/documents/application_note/AN10874.pdf

http://www.nxp.com/documents/leaflet/75016838.pdf

вот еще один

http://www.nxp.com/documents/application_note/AN11113.pdf

 

Когда поднимем плату с радиатора, то будут те же 85:)только не на полевиках а на дросселях

Дык, теплу-то некуда деваться, вот и перетекает на всё вокруг, а так как дальше никуда не отводится - температура растет.

 

Меня озадачивает почему полигон стока над корпусом сверху горячий, а справа слева от корпусов нет.

Тут скорее вопрос сколь долго работала плата, через полчаса скорее всего температура выровнялась бы.

Edited by HardEgor

Share this post


Link to post
Share on other sites

На свой вопрос ответа я так и не получил :(. Надо больше данных в каком месте радиатор соприкасается с платой, что там со внутренними слоями и т.д.

Могу ещё один совет выдать :biggrin: . Может иммет смысл немного разнести полевики на плате? На первый взгляд место вроде есть.

Share this post


Link to post
Share on other sites
На свой вопрос ответа я так и не получил :(. Надо больше данных в каком месте радиатор соприкасается с платой, что там со внутренними слоями и т.д.

Могу ещё один совет выдать :biggrin: . Может иммет смысл немного разнести полевики на плате? На первый взгляд место вроде есть.

по всей поверхности платы через теплопроводящую прокладку контачит радиатор

Share this post


Link to post
Share on other sites

Получается что у вас односторонний монтаж? Может лак не был убран с места над транзисторами или контакт плохой. И как вы обеспечиваете равномерный прижим всей платы к радиатору?

По советам идей больше нет :(.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this