¿Cómo decidir las dimensiones del disipador térmico de PCB?

Texas Instruments tiene esta práctica guía para disipadores de calor de PCB. Diseño térmico AN-2020 por Insight, no a posteriori

Dado lo siguiente...

Ta = 25C

​​Tj_máx = 150C

Theta_Jc = 20,5C/W

P = 3,9W

La unión máxima permitida a la resistencia térmica ambiente es...

Theta_Ja_max = (Tj_Max - Ta) / P = 32°C/W.

La resistencia térmica total (Theta_Ja) es la suma de la unión a la resistencia térmica de la carcasa (Theta_Jc) y la resistencia térmica de la carcasa a la ambiental (Theta_ca).

Theta_Ja = Theta_Jc + Theta_ca

Por lo tanto...

Theta_ca = Theta_Ja - Theta_Jc = 32°C/W - 20,5°C/W = 11,5C/W.

En aire quieto con convección natural, una almohadilla de cobre de 1 pulgada cuadrada normalmente da Theta_ca de aproximadamente 40C/W. Para obtener 11,5 C/W, estaría mirando una plataforma muy grande. También necesitaría múltiples capas de cobre solo para poder conducir el calor hacia un área de superficie lo suficientemente amplia.

Si insiste en usar esta parte, lo más probable es que necesite uno o más de los siguientes...

• El uso de un ventilador para aumentar el flujo de aire reducirá drásticamente la unión a la resistencia térmica ambiental. El ventilador se colocaría directamente sobre la parte que sopla hacia abajo en su almohadilla de cobre de 1 pulgada cuadrada.
• Se podría utilizar un disipador de calor con aletas de montaje en PCB. Pero ese método va a ser costoso e incluso entonces es posible que no pueda hacerlo funcionar.
  • Para llevar el calor al disipador de calor, el disipador de calor debería colocarse directamente en el lado opuesto de la PCB. Necesitaría mover el calor a través del tablero con una rejilla de vías térmicas colocadas directamente debajo de la almohadilla.
  • Las vías en sí mismas no tienen muy buena conductividad térmica, por lo que deberá llenarlas con plata o algún otro material de alta conductividad.
  • La almohadilla debajo de la pieza no es muy grande, por lo que es posible que ni siquiera pueda colocar suficientes vías para que este método funcione.

Mi consejo sería encontrar una parte diferente.

Sí, estás viendo una parrilla de tamaño decente.

Debido a que el MCP73213 está limitado internamente, mantener su temperatura por debajo de esa potencia es esencial para lograr una salida de corriente constante. Podría estar equivocado, porque el diseño del disipador de calor no es mi especialidad, pero aquí están mis dos centavos:

Para calcular la resistencia térmica del "perfil" necesario para mantener fresco su IC, usamos:

T_J max = 125 C T_A (la temperatura ambiente) = 25 (Puede hacer un gráfico de esta función usando T_A como variable y ver cómo cambian las demandas). Theta_JC = 20.4 Theta_CS = Depende de cómo monte el IC y qué tan bien se acopla con su traza de PCB. El uso de un compuesto térmico mantendrá este valor bajo. ((125 - 25 )C/3.9W)-(20.5 C/W +1 C/W) = 4.14 C/W

¡4.14 C/W es una parrilla grande!

Formulario de la nota de la aplicación:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/Design%20Considerations%20for%205V%20to%203.3V%20Pass%20Regulators.pdf

La hoja de datos es relativamente escasa con respecto a la información sobre la eficiencia general y parece tener una temperatura plana. responde al cargar. Sin embargo, no vemos gráficos para más de 500 mA. Para 1000 mA continuos, debe considerar lo siguiente: traza de PCB con mucho cobre para disipar el calor; incluso use vías si es posible y use una placa posterior para disipar el calor. Monte una parrilla grande y considere agregar un ventilador para generar flujo. Esto mejora enormemente las capacidades térmicas de cualquier parrilla.

Información general sobre térmica: http://www.designworldonline.com/how-to-select-a-suitable-heat-sink/ Excelente recurso para comprender diferentes parámetros.

La lámina de cobre estándar (lámina predeterminada de 1 onza/pie^2, 1,4 milésimas de pulgada de espesor, 35 micras de espesor), tiene una resistencia térmica de 70 grados centígrados por vatio de flujo de calor lateral por cuadrado de lámina. Para cualquier tamaño de cuadrado de papel de aluminio.

¿Puedes usar un pequeño ventilador para enfriar la lámina?

Si desea disipar 3,9 W y necesita mantener la temperatura del molde a 150 °C, debe tener una resistencia térmica de 38,4 °C/W o menos.
62°C/W es una propiedad de ese dispositivo/carcasa, no cambiará eso.
Tienes que elegir un caso diferente, no 3x3 DFN. O coloque un disipador de calor encima de ese chip (el disipador de calor de PCB no es suficiente en este caso). O elija un chip diferente o rehaga su diseño (puede agregar LDO a su circuito, antes de este IC, para bajar el voltaje a decir 5V).