Comment déterminer la zone de cuivre nécessaire sur un PCB pour fournir un dissipateur thermique adéquat pour un MOSFET SMD de puissance?

Je prévois d'utiliser le MOSFET de puissance IRFR5305PBF (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305pbf.pdf) pour allumer une charge. J'ai déterminé que j'avais besoin d'un dissipateur thermique externe avec Rthsa <29 C / W.

Comment pourrais-je déterminer la surface de cuivre sur le PCB requise pour fournir une résistance thermique <29 C / W?

J'ai essayé de rechercher sur Google et la base de données IEEE, mais les articles ne me montrent pas clairement comment calculer cela.

edit: J'utilise un PCB à 4 couches avec 1 oz de cuivre en haut et en bas et 0,5 oz de cuivre pour les couches intérieures.

Malheureusement, il n'y a pas de réponse simple à votre question. Il y a trop de variables dans le problème pour que quiconque ait mesuré ou caractérisé toutes les configurations possibles: épaisseur du FR4, nombre de couches planes en cuivre, nombre de vias entre les couches planes, la quantité de flux d'air sur la carte et la température de l'air d'admission , l'apport thermique des autres parties proches, etc., etc.

Il existe des méthodes d'essai standard, mais celles-ci ne sont guère pertinentes dans une situation réelle, principalement parce qu'elles utilisent uniquement du FR4 nu sans couche de cuivre comme élément de diffusion de la chaleur. Divers fournisseurs ont également publié des valeurs pour certaines configurations. La fiche technique que vous avez liée, par exemple, se réfère à l' AN-994 de l'IRF , où ils donnent des valeurs de résistance thermique pour divers packages proposés par cette société. Mais notez que leur condition de test standard utilise 2 oz. cuivre sur les couches externes.

La technologie linéaire est une autre société qui publie des résultats thermiques informatifs. Si vous pouvez trouver l'une de leurs pièces dans le même emballage que votre FET et vérifier la fiche technique, ils donneront probablement un tableau de résistance thermique pour les dissipateurs de chaleur de différentes tailles sur les couches supérieure et inférieure.

Par exemple, pour leur package DDPAK, qui n'est pas tout à fait le même que le DPAK de votre partie IRF, ils donnent:

(De la fiche technique du LT1965, voir ici pour plus de détails sur les conditions de test)

Au moins, vous pouvez voir que l'obtention de moins de 29 C / W est quelque peu difficile. Les seules conditions de test des résultats linéaires qui ont atteint 4 pouces carrés de cuivre sur les couches supérieure et inférieure.

Mais encore une fois, vous ne pouvez compter sur ces chiffres que comme lignes directrices, car des facteurs comme le débit d'air influenceront fortement les résultats réels de votre application.

Nous vous suggérons de regarder les dissipateurs de chaleur SMT (par exemple celui-ci pour les appareils DPAK d'Aavid ) car ils répondront à vos spécifications (avec un débit d'air / convection adéquat, bien sûr).

Quant à la zone de cuivre PCB uniquement, vous pouvez vérifier des annexes comme celle-ci de Fairchild , mais je soupçonne de l'écrémer que la zone requise est assez grande (> 1 pouce carré), ce qui n'est probablement pas une bonne garantie de dissipation thermique.

Robert Kollman fournit quelques pages à ce sujet dans Construire votre alimentation - Considérations de disposition dans la section V - Considérations thermiques.

Je ne l'ai jamais fait moi-même, mais je me suis souvenu de ce document. Il fournit quelques exemples, donc je suppose que vous pourriez probablement transférer cela dans votre cas.

Voici un article intéressant qui suggère d'utiliser 4 couches et vias sous l'appareil: AN10874 - Guide de conception thermique LFPAK MOSFET - Note d'application