Disipador de calor en la parte inferior de la PCB

He creado prototipos de algunos módulos convertidores CC-CC y funcionan bien. Sin embargo, debido al tamaño, no tengo una gran cantidad de vertido de cobre para que disipen su calor. He usado cobre de 2 onzas, pero los vertidos de cobre de la capa inferior se calientan mucho con una corriente más alta. ¡Incluso a través de la máscara de soldadura!

Experimenté agregando un disipador de calor a este lado inferior de la PCB con un poco de grasa térmica y los resultados fueron sorprendentemente buenos. Los disipadores de calor se calientan bajo una carga pesada. ¡El inversor reductor-elevador pasó de alcanzar un máximo de aproximadamente 1,5 A a ser estable en 2,5 A! Esta es mi configuración actual:Primer intento de disipación de calor

Sin embargo, no puedo dejar de pensar que puedo mejorar esto. Estoy pensando en quitar la máscara de soldadura inferior alrededor del área del disipador de calor para una mejor transferencia de calor. También quiero usar una almohadilla Sil-pad en lugar de grasa térmica para facilitar el montaje, y porque no quiero correr el riesgo de cortocircuitar diferentes vertidos de cobre cuando la máscara de soldadura se haya ido. Como esto:Disipador de calor nueva idea

Entonces mis preguntas son:

  • ¿Es esta una buena manera de hacer esto? (dadas mis limitaciones)
  • ¿Hay algo que pueda afectar la vida útil a largo plazo de mis PCB con esta configuración?
  • ¿Hay alguna otra sugerencia que la gente tenga?

¡Gracias!

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Le sugiero que experimente antes de finalizar una solución, que calcule los números y que haga todo esto en consulta con su departamento de ingeniería de fabricación. Me inclino por sugerir que conserve la máscara de soldadura y use un adhesivo conductor térmico delgado, pero debe experimentar para encontrar una interfaz que satisfaga sus necesidades térmicas y que se pueda fabricar.
Haría el paso final y soldaría los disipadores de calor en la parte posterior de la PCB. Sin almohadilla de silicona, sin máscara de soldadura. La mejor transferencia de calor al disipador de calor que puede obtener.

Respuestas (3)

Este enlace contiene información útil, también este video .

La máscara de soldadura típica tiene un grosor de 20-25 µm y una conductividad térmica de 0,2 W/mK. Esto significa que un área de 1 cm2 de máscara de soldadura tendrá una resistencia térmica de 1 °C/W. Esto puede ser un problema... o no, eso depende de su aplicación y de cuánta energía se disipa. Por unos pocos vatios, 1°C/W adicional no importa, solo haga el cálculo. Para un área de contacto más grande, la resistencia térmica cae en consecuencia.

Sin embargo, la máscara de soldadura tiene otro papel muy importante. Si usa oro de inmersión, las áreas grandes de cobre sin máscara de soldadura pueden dar como resultado una capa gruesa de oro, y su fabricante de PCB le preguntará quién pagará el oro extra. Si usa HASL, es posible que el grosor de la soldadura no sea uniforme, lo que requerirá un material de interfaz más grueso para nivelar las protuberancias y aumentar también la resistencia térmica. Incluso podría quedar una pequeña gota de soldadura en el borde de una vía, y luego su disipador de calor no estará al ras, y si intenta quitar la protuberancia a mano, se hará un desastre. Y, por supuesto, la soldadura por ola también resultaría en un desastre. Así que... es bueno tener una máscara de soldadura.

El aluminio anodizado está aislado por la capa de óxido, pero puede rayarse. Entonces, un disipador de calor desnudo encima de las vías con solo grasa conductora entre ellas funcionaría... en teoría... sigue siendo una mala idea. Es mejor cubrir las vías y protegerlas con máscara de soldadura.

La grasa térmica es mejor que los silpads porque es más delgada. Sin embargo, los silpads son aislantes y la grasa térmica no lo es. ¿Por qué no simplemente consultar la hoja de datos de su silpad y calcular la resistencia térmica frente al área de contacto y comprobar si funciona?

Otra opción es un disipador de calor SMD . Pros: la ruta de conducción térmica es 100% metálica. Contras: el camino térmico tiene que ir horizontalmente a través de la capa de cobre, lo cual no es tan eficiente.

De todos modos. Si su IC solo disipa unos pocos vatios, mantenga la serigrafía o use un disipador de calor SMD.

Gracias, este es el comentario más útil. El acabado de la superficie será HASL, y no había pensado en la ventaja de tener una superficie más plana para trabajar. Las vías ya están completamente cubiertas en la máscara de soldadura inferior. Los únicos disipadores de calor que puedo encontrar que encajan perfectamente y tienen un precio razonable son los de aluminio sin anodizar. ¿Crees que la fina capa de máscara de soldadura y grasa térmica será suficiente para mantener la separación durante un largo período de tiempo? El potencial de voltaje más alto entre dos almohadillas es de 27 V, pero potencialmente podría diseñarlo para que solo sea de 12 V en el área del disipador de calor.
¿Cuánta energía quieres disipar?

Por lo tanto, si desea evitar el riesgo de acortar los vertidos de cobre, siga con la máscara de soldadura. Probablemente tenga una resistencia térmica más baja que la diferencia entre una almohadilla y una capa delgada de pasta conductora de calor.

Además, ¿qué tan caliente se calienta la parte superior de su paquete IC? Tal vez también sea útil un segundo disipador de calor pequeño pegado a la parte superior del paquete.

Además, si monta su tabla al revés, la convección mejorará en gran medida la eficiencia de enfriamiento de sus aletas.

Todavía necesitaré tener un material de interfaz térmica entre la parte inferior de la PCB y el disipador de calor de todos modos, entonces, ¿cuál es el beneficio de mantener la máscara de soldadura? No puedo simplemente usar la máscara de soldadura para acoplar térmicamente el cobre al disipador de calor. La parte superior de los paquetes IC es extraordinariamente genial. Cuando el disipador de calor se calienta, realmente no puedo sentir el calor de los componentes laterales superiores. Cuando el disipador de calor está CALIENTE, se calientan pero, pero nada en comparación con el disipador de calor. No creo que la parte superior de los componentes irradie muy bien el calor.
La máscara de soldadura es una capa muy delgada. La pasta disipadora es una capa muy fina. por lo general, el transporte térmico a través de estas dos capas es mejor que sin máscara de soldadura + pad. Por lo tanto, quitar la máscara de soldadura y reemplazar la pasta por una almohadilla es probablemente una degradación de su sistema.
Si su gente de producción no lo mata por eso, use epoxi térmico y conserve la máscara de soldadura. Lo que he visto es básicamente un epoxi de dos partes con un relleno termoconductor y una formulación que puede soportar altas temperaturas.
@MarcusMüller, gracias, eso tiene sentido. Creo que me quedaré con la máscara de soldadura para obtener también el beneficio de que tiene un área de superficie más plana. Tim Wescott, prefiero no usar epoxi. Quiero poder volver a trabajar en estos si es necesario, y eso es casi imposible con un disipador de calor conectado permanentemente a cada plano.
@Benjamin parece que le gustaría tener algunos orificios para tornillos alrededor del área y luego sujetar con resorte su enfriador a la placa (y así presionarlo firmemente contra la PCB)

Creo que es una buena idea. Alrededor de 2/3 de la potencia de un IC se pierde en la PCB.

La razón por la que no ve este enfoque con más frecuencia es que muchos diseñadores quieren usar la parte inferior de la placa para los condensadores de derivación y, en general, tienen una tendencia mecánica para los componentes altos en la parte superior.

El desafío que tendrá con la inundación de cobre completamente expuesta está en el ensamblaje: no podrá usar soldadura por ola simple sin una placa de bloqueo si la necesita, y también es un problema para los componentes que se aplican mediante SMT.

Tal vez divida la diferencia y use un patrón punteado de cobre expuesto en la máscara, y asegúrese de que cualquier rastro que vaya desde el área expuesta hasta las almohadillas de los componentes tenga presas de soldadura.

Mas cosas:

El material de cambio de fase dará un mejor rendimiento que la almohadilla de silicona, a un costo mayor. Compuesto térmico también.

Usar epoxi: esa es la manera perezosa, la gente de ensamblaje lo odia. Averigüe cómo montar el disipador de calor usando chinchetas o un clip de resorte.

¿Funcionan los tornillos?
No realmente tan bien. Es difícil garantizar una presión constante sobre el disipador térmico y la capa térmica. Idealmente, desea una fuerza uniforme y repetible que no dañe el material térmico. Esto es especialmente importante para el cambio de fase que se licua cuando se calienta.
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