Comments 41
Для 50+ Вт есть стандартный техпроцесс когда вырезают полигон и запрессовывают туда теплоотвод и потом пекут всё это вместе. У некоторых усилителей видел это в даташите.
разные есть технологии (возможно потянет на отдельную статью, но я вряд ли ее напишу, только если с припиской *мой опыт*) есть токопроводящие пасты, есть специальные тонкие теплопроводные листы из различных материалов, например графеновые, бывает токопроводящий клей (правда им обычно только кристаллы клеют, он безумно дорогой, не видели, чтоб им большие корпуса клеили)
Кристаллы клеют на клей еще через подложку, которая согласовывает КТР материала корпуса с кристаллом. Чаще всего это сплав МД-50, но мы в последнее время перешли на AlSiC-подложки. При расчете температурных сопротивлений это надо учитывать. Кроме того, с клеем не все так гладко. В прямом смысле - пузыри и неравномерность толщины тоже влияют, особенно в Ка-диапазоне.
Ни как не будут работать. Такие платы делают на керамике или на алюминиевой основе.
Термопасты бывают разные, есть с очень высоким коэффициентом теплопроводности, например Arctic Colling MX-5 имеет ТП=14 Вт*м*К. Если не справляется паста, то используют сплавы на основе галлия с ТП более 30 Bт*м*К (галлий - легкоплавкий мелалл, плавится при температуре немного выше комнатной, 29,7C). Если такое решение не подходит, то плату погружают в специальные жидкости (ПМС-5/6/10, глицерин, трансформаторное масло) с непрерывной циркуляцией и принудительным охдаждением.
Подумайте на счет плат на алюминиевом основании - их можно легко припаять или даже приварить к радиатору или корпусу изделия. Это существенно гиморней в монтаже, но результат ощутим.
по вашему комментарию (второй части) мне показалось, что вы предполагаете термопасту как масло на хлеб мазать. если я ошиблась, и вы знаете, как правильно наносить термопасту, извините. (просто когда с кем-то общаешься в интернете никогда не угадаешь, какой бэкграунд у человека)
картинка как правильно и неправильно наносить термопасту
у неё плохая электропроводность.
насколько я изучала вопрос - они специально сделаны изоляционными, даже те, что на более, чем на 95% состоят из серебра.
Есть одна проводящая паста - liquid pro (на основе меди)
насчет теплопроводных листов - вот современное высокотехнологичное решение, которое предлагается использовать для мощных СВЧ транзисторных усилителей (в том числе на высоких частотах)
вы верно подумали про изоляционные термопрокладки, я говорю, что бывают проводящие специальные листы
Сейчас мощные высокочастотные транзисторы устанавливают на основание из меди, которое крепится (пайкой и/или винами) к печатной плате снизу, а вот уже между медным основанием и радиатором -- слой термопасты.
Автору респект за статью. "С пылу, с жару" вопрос знатокам (в гугле не забанили и мануалы на CAD системы тоже в наличии, но раз уж статья здесь и аудитория собрана...) - есть ли в Eagle или Altium автоматические скрипты или паттерны, которые могли бы оптимально, с точки зрения теплораспределения, раскидать сквозные "виа" между сплошными полигонами на разных слоях, делая из платы эдакий радиатор? Заранее спасибо!
В KiCad есть возможность нанести сетку из виа с выбранным шагом. Но сколько и где именно - уже на усмотрение разработчика.
спасибо за поддержку!
я не знаю насчет упомянутых программ. в упомянутой мной статье есть некие расчеты по многослойным платам - логично, что можно продолжить мысль и например делать специальные слои для разведения тепла.
по via можно прикидывать по формуле, которую я привела, завести в эксель или маткад. Но главное, что это прикидка по возможностям, а не по топологии, логично же, что если у меня есть микросхема с металлизированным "пузом" я постараюсь под ним максимально много сделать via. (также советую обратить внимание, что можно "играть" с балансом количество via- диаметр via)
это все было примерно на тему. ваш же вопрос предполагает более сложные термодинамические вычисления, я так понимаю, что вы хотите сделать некий полигон с ме отверстиям вокруг тепловыделяющего элемента - но ведь нужно еще рассчитать растекание тепла по этому полигону
Это всё понятно. Вопрос по удобному и быстрому использованию CAD систем. Допустим, завел я в правило "термо виа" такой то диаметр, такой то шаг и имею два полигона в двух слоях. Тыц по клавише и "оно само" мне дает сетку из виа исходя из тех самых, указанных Вами в комментарии сложных расчетов и т.п.
Пакетики то эти, иной раз (в разных вариациях) стоят совсем недёшево, да и людям удобство. Если я не прав, считайте этой моей нереализуемой фантазией...
Для теплопереноса эффективны только сквозные виа на противоположную сторону платы.
А дальше правило простое - чем их больше, и чем больше полигон, на который они выходят, тем лучше.
Суммарную площадь поверхности радиатора, необходимую для удержания его температуры(при условии хорошего термоконтакта компонент-радиатор) в пределах 70-80 гр.С можно прикинуть по очень простой формуле. Я называю её 25 мощностей )
S(см^2) = 25 * P(вт) (25гр окружающей среды, пассивная конвекция, открытый радиатор или просторный корпус)
Altium меню Tools>ViaStitching/Shielding. Выбираете, область, шаг , цепь и т.д. Причем если между полигонами земли, которые, к примеру, вы хотите соединить есть полигон питания, то отверстия в этом месте поставлены не будут. Отверстия выставляются только на свободном месте. Другие полигоны или линии ими не прошиваются.
— какой процент тепла уходит через vias, а какой — через текстолит
— когда можно не учитывать растекание по горизонтали (а когда лучше учесть)
— есть ли оптимальный размер vias и наоборот, при каких размерах могут начаться проблемы
— почему вы советуете брать Tmax из даташита без какого-либо запаса по мощности
— наконец, что делать с полученной мощностью и как оценить, что пора ставить радиатор
формул много и статей, но я не видела нигде такого,чтоб в конце было "вот столько-то ватт, на это можно ориентироваться"
я писала, что приведённая прикидка не учитывает растекание по горизонтали, если хотите- формулы вам в руки, с числами Прандтля, Нуссельта, Грасгофа, а также учитыванием кинематической вязкости воздуха
Тmax определяет максимальную мощность, инженер волен сам сделать запас, какой посчитает нужным
текстолит весьма хреновый теплопроводник, виа должны обеспечивать не менее 90% теплопроводности. Точно можно посчитать через суммарное сечение и длину меди на стенках виа.
растекание нужно учитывать только по полигонам. Если их нет, то и растекания тоже практически нет.
для каждого случая своё. Считается по суммарному сечению меди на стенках виа. Но компонент обычно диктует своё, тк их ещё нужно разместить. Часто в даташитах есть рекомендации.
гляньте выше мой пост по оценке пл. радиатора (внешний полигон в грубой прикидке тоже радиатор, но с коэффициентом 0.3-0.5 где-то из-за пониженной теплопроводности)
Еще добавлю, что для повышения эффективности отвода тепла можно забивать переходные отверстия медью (см IPC-4761)
Да, если позволяет бюджет )
Очень дорогое решение. Более практичное - спроектировать трафарет так, что бы на ПО нанеслась паяльная паста. При оплавлении припой проникнет в ПО и заполнит их. Еще один лайф-хак из этой же области - аналогичным способом нанести пасты на полигоны с целью увеличения теплопроводности и уменьшения сопротивления возвратным токам.
PS: Разумеется в паяльной маске предусматриваются вскрытия там где это требуется.
А как охлаждают элементы, работающие в условиях, близких к вакууму? Радиаторы уже не работают, жидкостное охлаждение добавит еще больше проблем. Тем более, когда жесткие ограничения по габаритам и массе.
так как в вакууме нет воздуха, там не работает конвекция, а вот излучение работает, именно поэтому тепловыделяющие элементы красят черной матовой краской, чтобы максимально приблизить их коэф.излучения к 1. теплопередача и радиаторы тоже работают, с радиаторов тепло тоже только излучается.
На самом деле, почти все приборы и устройства крепят на теплоотводящие панели, тепло с которых через тепловые трубки передается на излучающий радиатор, имеющий черный цвет (причем он черный именно в ИК-диапазоне) и большую площадь.
Это если речь идет о спутниках, естественно. В трубках нет механики и они надежны.
Если говорить о космосе, то не редко КА имеют внутренюю атмосферу с давлением и по составу близкую к земной. Помимо решения проблем с теплоотводом внутри КА, это позволяет использовать более дешевые электронные компоненты серии AEC (automotive certified) в пластиковых корпусах. Разумеется применяют широкий спектр защит от воздействия космической радиации.
Актуально для КА с коротким САС, ибо герметизация такого уровня - тот еще геморрой. Через всякие прокладки и пластики довольно приличная диффузия, нужно поддерживать эту местную атмосферу. Ну и получается большая и критическая точка отказа - в случае разгерметизации или поломки системы поддержания давления тепловой режим компонентов поплывет. А дальше - как повезет... Проще загерметизировать отдельные критичные модули пайкой или сваркой, так чаще делают.
Может кому поможет есть статья у CREE про расчет виасов для отвода тепла и использование алюминевых ПП и прочее. В статье речь идет о светодиодах но для СВЧ тоже актуально.
http://led-e.ru/assets/files/pdf/2010_3_16.pdf
А так для серьезных решений используется пайка в вакумных печах на ПЗлО чтобы не было пустот и проводимость была высокая.
да, конечно для более мощных микросхем необходимы совсем другие расчёты и конструкции.
спасибо за ссылку! Мистер Винокуров забыл написать чьей статьи он сделал перевод, или это он лично работает в CREE?
Он в начале пишет что взято с сайта cree.com Тоже интересовала тема теплоотвода для СВЧ усилителей, даже корпуса делали с выстроенным теплоотводом но испытания показали что LTCC и без теплоотвода хорошо передает тепло, а дальше как в статье правильно выбрать количество месторасположение отверстий и крепить плату к хорошему радиатору.
Организация теплоотвода для мощных микросхем (СВЧ платы)