Enfriar mosfets convertidores reductores colocándolos en la capa inferior de PCB: ¿un problema?

Tengo un diseño y diseño para un convertidor reductor que actualmente se encuentra en una capa de una placa de circuito impreso de 2 capas. Me gustaría forzar el enfriamiento de los componentes generadores de calor de la placa colocándolos directamente sobre un disipador de calor plano.

Debido a que existen múltiples convertidores reductores idénticos para diferentes aplicaciones, sería ideal tener toda la placa atornillada a un disipador de calor. Por lo tanto, deseo colocar los FET en la capa inferior de la PCB. (Son SMD y no los componentes más altos de la placa, el inductor lo es.

Escuché que colocar los FET en la capa inferior de la PCB (el otro lado del inductor) podría generar problemas en la placa. ¿Alguien puede decirme si esto es cierto y, de ser así, cómo puedo mitigar estos problemas? ¿Puedo simplemente usar suficientes vías para mitigar?

Si es cierto; definitivamente se introducen problemas.
@Chris, ¿qué tipo de problemas cree que se están introduciendo? Tal como está escrita, esta pregunta es muy poco clara y probablemente demasiado amplia.
Desafortunadamente, no sé cuáles son los problemas: ¿podría ser una mayor capacitancia que afecte las propiedades diseñadas del inductor? Me dijeron que el FET y el inductor deberían estar lo más juntos posible. Sin embargo, ¿cómo puedo medir cómo se verá afectado? ¿Hay alguna forma de simularlo?
La idea de eliminar el calor sobre la carcasa común es bastante común en los diseños aeroespaciales. Solo tenga en cuenta que el inductor podría tener mayores pérdidas y disipar más energía que los componentes activos. Por lo tanto, es posible que deba mecanizar correctamente su disipador de calor para acomodar los inductores, y no se olvide de la capacitancia parásita adicional que podría agregarse a los conmutadores.
Gracias Ali. Lamentablemente, no podemos mecanizar el disipador térmico. Edité mi pregunta hace un momento porque no estaba clara, pero estoy hablando de tener el inductor en el lado opuesto a los FET. ¿Sigue siendo válido su comentario en este caso?
@Ali Un inductor (componente magnético) también puede operar a una temperatura más alta que los semiconductores.
@NickAlexeev, cierto, pero debido a la proximidad al conmutador (como lo requiere el diseño), el calor podría elevar toda la sección del diseño. Por lo tanto, es mejor que refuerce el inductor o lo enfríe adecuadamente por completo.
@Chris, colocar el inductor en el lado opuesto no es gran cosa, ya que todas las vías simplemente se agregarán a la inductancia. El único inconveniente podría ser el aumento de las emisiones si coloca el extremo de conmutación del inductor demasiado lejos del MOSFET. Por cierto, ¿con qué tipo de nivel de disipación de calor estás tratando?
@AliChen a la corriente máxima, son 8 W los que necesitan disiparse según mis cálculos, pero hay 8 de estos, por lo que son 64 W en total si todos los convertidores están a toda velocidad. La resistencia térmica a la carcasa es de 1,3 K/W o 20 K/W en la parte superior.

Respuestas (2)

A menos que sus FET sean IR DirectFET (con tapas de metal), entonces lo que propone es pegar la tapa de plástico del FET en el disipador de calor... y un paquete de plástico grueso tiene una resistencia térmica bastante alta.

Es mejor que nada, pero bueno...

La forma en que esto se suele hacer es:

  • Ponga sus FET en el lado del componente
  • Coloque muchas vías desde la parte posterior del FET (que conduce bien el calor) para transportar el calor a la parte posterior de la PCB
  • Asegúrese de tener vertidos anchos de cobre
  • Exprima un poco de material de relleno de huecos de silicona entre la parte posterior de la placa de circuito impreso y una carcasa de metal, disipador de calor, etc.

Sin embargo, si tiene partes con orificios pasantes con clavijas que sobresalen de la placa y no desea que penetren en el disipador de calor, entonces el relleno del espacio será grueso (a menos que el disipador de calor solo cubra una pequeña parte de la placa) y estos materiales, aunque son mucho mejores que el aire o el plástico, todavía tienen una resistencia térmica abismal en comparación con el metal...

También deberá sujetar el tablero con un perfil de aluminio o algo así. Intentar apretar el material de la interfaz térmica con solo cuatro tornillos en las esquinas de la placa lo doblaría y rompería las tapas de cerámica.

Si tiene flujo de aire en la capa superior, también puede usar algunos disipadores de calor SMD.

No obtendrá características térmicas a la par con un TO220 en un disipador de calor, pero dependiendo de su disipación, podría funcionar.

Optimice el diseño del disipador de calor: conecte la almohadilla de enfriamiento en la parte posterior de la PCB mediante vías

ingrese la descripción de la imagen aquí

Disipadores de calor en la parte posterior:

http://www.pcstats.com/articleimages/200702/Gigabyte965PDq6_m9.jpg

http://www.eevblog.com/forum/blog/eevblog-744-smd-thermal-case-design-supply-part-15/25/

Esto es genial, gracias. Si usamos todos los dispositivos SMD, presumiblemente podemos montar todo en un disipador de calor de un tamaño apropiado sin mucho esfuerzo. ¿Recomendaría almohadillas térmicas para separar físicamente la PCB del disipador de calor? (es decir, el disipador de calor sería más grande que toda la placa).
Bueno, tienes que poner algo en el medio, y tiene que manejar al menos un poco de soldadura ocasional que se mete en una vía y hace un pequeño bulto en la parte posterior... así que no es demasiado delgado, y también tiene que ser blando. Squishy es bueno, porque no quieres sujetar la tabla demasiado fuerte. Busque en Google "relleno de huecos térmicos", hay muchos para elegir...

No tiene nada de malo colocar los dispositivos de alimentación en la parte posterior de la placa más que cualquier otro componente.

Si significa vías adicionales, etc. y si el número de vías es crítico, entonces, por supuesto, estará restringido por eso.

Sin embargo, por supuesto, se debe tener cuidado para asegurarse de que no haya otros componentes en la parte superior de la placa por encima de los dispositivos de alimentación.

Sin embargo, como se mencionó en otra respuesta, no espere conectar en sándwich el lado de plástico del componente a un disipador de calor. De hecho, incluso el lado metálico de un paquete de tipo To220 invertido puede no hacer una buena conexión térmica. 3M proporciona una línea de material térmico tipo gel que, sin embargo, se puede utilizar en un sándwich de este tipo con bastante eficacia.

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