Bagaimana cara menentukan area tembaga yang dibutuhkan pada PCB untuk memberikan heatsink yang memadai untuk MOSFET daya SMD?

Saya berencana untuk menggunakan IRFR5305PBF Power MOSFET (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305pbf.pdf) untuk menghidupkan beban. Saya telah menentukan bahwa saya memerlukan heatsink eksternal dengan Rthsa <29 C / W.

Bagaimana cara menentukan area tembaga pada PCB yang diperlukan untuk memberikan ketahanan termal <29 C / W?

Saya telah mencoba mencari di Google dan basis data IEEE, tetapi artikel-artikelnya tidak dengan jelas menunjukkan kepada saya bagaimana cara menghitungnya.

sunting: Saya menggunakan 4 lapisan PCB dengan 1 oz tembaga di bagian atas dan bawah, dan 0,5 oz tembaga untuk lapisan dalam.

Sayangnya tidak ada jawaban sederhana untuk pertanyaan Anda. Ada terlalu banyak variabel dalam masalah bagi siapa pun untuk diukur atau dikarakterisasi setiap konfigurasi yang mungkin: ketebalan FR4, jumlah lapisan bidang tembaga, jumlah vias antara lapisan bidang, jumlah aliran udara di atas papan dan suhu udara masuk , kontribusi termal dari bagian terdekat lainnya, dll., dll.

Ada metode uji standar, tetapi ini hampir tidak relevan dengan situasi nyata, terutama karena mereka menggunakan FR4 telanjang saja tanpa lapisan tembaga sebagai elemen penyebar panas. Berbagai vendor juga telah menerbitkan nilai untuk konfigurasi tertentu. Datasheet yang Anda tautkan, misalnya, merujuk pada IRF AN-994 , di mana mereka memberikan nilai ketahanan termal untuk berbagai paket yang ditawarkan oleh perusahaan itu. Tetapi perhatikan bahwa kondisi pengujian standar mereka menggunakan 2 ons. tembaga pada lapisan luar.

Teknologi linear adalah perusahaan lain yang menerbitkan hasil termal informatif. Jika Anda dapat menemukan salah satu bagiannya dalam paket yang sama dengan FET Anda, dan memeriksa datasheet, mereka mungkin akan memberikan tabel ketahanan termal untuk berbagai ukuran penyebar panas di lapisan atas dan bawah.

Misalnya, untuk paket DDPAK mereka, yang tidak sama dengan DPAK bagian IRF Anda, mereka memberikan:

(Dari lembar data LT1965, lihat di sana untuk detail lebih lanjut tentang kondisi pengujian)

Setidaknya Anda dapat melihat bahwa mendapatkan kurang dari 29 C / W agak sulit. Satu-satunya kondisi pengujian dalam hasil Linear yang mencapai yang membutuhkan 4 inci persegi tembaga di kedua lapisan atas dan bawah.

Tetapi sekali lagi, Anda hanya dapat mengandalkan angka-angka ini sebagai pedoman, karena faktor-faktor seperti aliran udara akan sangat mempengaruhi hasil aktual dalam aplikasi Anda.

Sarankan Anda melihat heat sink SMT (mis. Yang ini untuk perangkat DPAK dari Aavid ) karena mereka akan memenuhi spesifikasi Anda (tentu saja dengan aliran udara / konveksi yang memadai).

Sedangkan untuk area tembaga PCB saja, Anda dapat memeriksa appnotes seperti ini dari Fairchild , tapi saya curiga dari skimming bahwa area yang dibutuhkan cukup besar (> 1 inci persegi) yang mungkin bukan jaminan panas yang baik.

Robert Kollman menyediakan beberapa halaman untuk subjek ini dalam Membangun Pertimbangan Catu Daya Anda - Tata Letak di bagian V - Pertimbangan Termal.

Saya tidak pernah melakukan ini sendiri, tetapi saya ingat makalah ini. Dia memberikan beberapa contoh, jadi saya kira Anda mungkin bisa mentransfer ini ke kasing Anda.

Berikut ini adalah artikel menarik yang menyarankan menggunakan 4 lapisan dan vias di bawah perangkat: AN10874 - LFPAK MOSFET panduan desain termal - Catatan aplikasi