Abschätzen des Temperaturanstiegs bei oberflächenmontierten Halbleitern

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

CTX Thermal Solutions GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Texas Instruments Deutschland GmbH

Die Schaltung enthält einen Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Montagefläche und anschließend eine Kettenschaltung aus den zur Seite hin durch die Leiterplatte hindurch wirksamen Widerständen (RL1, RL2, RL3) sowie aus den Widerständen von der Leiterplattenoberfläche zur Umgebung (RSA1, RSA2). Bei diesem Modell wird davon ausgegangen, dass 1) die Leiterplatte vertikal eingebaut wird, dass 2) keine Kühlung durch Zwangskonvektion oder Wärmestrahlung erfolgt, sondern die gesamte Wärme durch das Kupfer innerhalb der Leiterplatte abgeführt wird, und dass 3) zwischen den beiden Leiterplattenseiten nur ein geringer Temperaturunterschied besteht.

Bild 3 zeigt, wie sich der Wärmewiderstand bei Erhöhung der Kupfermenge in der Leiterplatte verbessert. So ist eine Verbesserung um den Faktor 3 möglich, wenn statt einer 1,4-mil-Kupferbeschichtung (doppelseitig, 17,5µm Leiterbahndicke) eine 8,4-mil-Beschichtung (vierlagig, 52,5µm Leiterbahndicke) verwendet wird. Die blaue Kurve gibt die Verhältnisse für ein kleines Gehäuse an, bei dem sich die in die Leiterplatte abgeführte Wärme auf eine Fläche von 0,2 Zoll verteilt, während die rote Kurve für ein größeres Bauteil gilt, bei dem die Wärme auf eine Fläche von 0,4 Zoll übergeht.

Beide Fälle beziehen sich auf eine neun Quadratzoll große Leiterplatte. Diese Kurven korrelieren recht gut mit veröffentlichten Daten und können bei der Beantwortung der Frage helfen, wie sich die thermischen Verhältnisse ändern, wenn die Leiterplatte anders aufgebaut ist als dies im Datenblatt vorausgesetzt wird. Allerdings sind diese Informationen mit Vorsicht zu genießen. Es wird nämlich vorausgesetzt, dass innerhalb der neun Quadratzoll der Leiterplatte keine andere Wärmeabfuhr erfolgt, was in der Praxis möglicherweise nicht der Fall ist.

Ich hoffe, Sie sind auch nächstes Mal wieder dabei, wenn wir uns der Abschätzung des Verhaltens von Stromversorgungen bei sprunghaften Laständerungen widmen.

Quellenangaben

1) "Power Supply Layout Considerations", von R. Kollman, TI Unitrode Power Supply Seminar, SEM1600, Topic 4, 2004-5: http://focus.ti.com/docs/training/catalog/events/event.jhtml?sku=SEM405006

2) "Power Pad Thermally Enhanced Package – SLMA002D", von Steven Kummerl, Texas Instruments, Oktober 2008: http://focus.ti.com/lit/an/slma002g/slma002g.pdf

* *Robert Kollman ist Senior Applications Manager und Distinguished Member of Technical Staff bei Texas Instruments

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