Come posso determinare l'area di rame necessaria su un PCB per fornire un adeguato dissipatore di calore per un MOSFET SMD di potenza?

Sto programmando di utilizzare il MOSFET di potenza IRFR5305PBF (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305pbf.pdf) per accendere un carico. Ho determinato che ho bisogno di un dissipatore di calore esterno con Rthsa <29 C / W.

Come farei per determinare l'area di rame sul PCB richiesta per fornire una resistenza termica <29 C / W?

Ho provato a cercare su Google e sul database IEEE, ma gli articoli non mostrano chiaramente come calcolarlo.

modifica: sto usando un PCB a 4 strati con 1 oz di rame nella parte superiore e inferiore e 0,5 once di rame per gli strati interni.

Sfortunatamente non esiste una risposta semplice alla tua domanda. Ci sono troppe variabili nel problema per chiunque abbia misurato o caratterizzato ogni possibile configurazione: spessore dell'FR4, numero di strati di piano di rame, numero di vie tra gli strati di piano, quantità di flusso d'aria sulla scheda e temperatura dell'aria in ingresso , il contributo termico di altre parti vicine, ecc., ecc.

Esistono metodi di prova standard, ma questi non sono rilevanti per nessuna situazione reale, principalmente perché usano solo FR4 nudo senza strati di rame come elemento di diffusione del calore. Vari fornitori hanno anche pubblicato valori per determinate configurazioni. Il foglio dati che hai collegato, ad esempio, si riferisce all'AN-994 di IRF , dove forniscono valori di resistenza termica per vari pacchetti offerti da quella società. Ma nota che le loro condizioni di test standard usano 2 oz. rame sugli strati esterni.

La tecnologia lineare è un'altra società che pubblica risultati termici informativi. Se riesci a trovare una delle loro parti nella stessa confezione del tuo FET e controllare il foglio dati, probabilmente forniranno una tabella di resistenza termica per spargitori di calore di varie dimensioni sugli strati superiore e inferiore.

Ad esempio, per il loro pacchetto DDPAK, che non è esattamente lo stesso del DPAK della tua parte IRF, danno:

(Dal foglio dati LT1965, vedere qui per maggiori dettagli sulle condizioni di prova)

Almeno puoi vedere che arrivare a meno di 29 C / W è alquanto impegnativo. Le uniche condizioni di prova nei risultati lineari che hanno ottenuto la necessità di 4 pollici quadrati di rame su entrambi gli strati superiore e inferiore.

Ma ancora una volta, puoi solo contare su queste cifre come linee guida, perché fattori come il flusso d'aria influenzeranno fortemente i risultati effettivi nella tua applicazione.

Ti suggeriamo di guardare i dissipatori di calore SMT (ad esempio questo per i dispositivi DPAK di Aavid ) in quanto soddisfano le tue specifiche (con un flusso d'aria / convezione adeguato, ovviamente).

Per quanto riguarda la sola area PCB in rame, è possibile controllare le note come questa da Fairchild , ma sospetto di averlo scremato che l'area richiesta è abbastanza grande (> 1 pollice quadrato) che probabilmente non è una buona garanzia di dissipazione del calore.

Robert Kollman fornisce un paio di pagine su questo argomento nella sezione Costruire l'alimentazione - Considerazioni sul layout nella sezione V - Considerazioni termiche.

Non l'ho mai fatto da solo, ma mi sono ricordato di questo documento. Fornisce alcuni esempi, quindi immagino che probabilmente potresti trasferirlo nel tuo caso.

Ecco un articolo interessante che suggerisce di utilizzare 4 livelli e via sotto il dispositivo: AN10874 - Guida alla progettazione termica MOSFET LFPAK - Nota applicativa