为什么这些 SMD 散热器设计为不接触 IC?

电器工程 热的 散热器
2022-01-12 06:03:09

我正在使用 7106DG 散热器来散发 IC 的热量。它看起来就像在它的数据表中一样:

7160 散热器

它在 IC 和散热器之间留下了空隙,数据表中甚至提到了它,但我想没有人会感到惊讶。

其他散热器(在同一数据表中)留下了更大的差距:

5733 散热器

由于我们公司销售的产品需要为我们的 IC 散热片,我正在尝试选择最好的散热片,并按预期使用它,但我将散热片弯曲以使其接触 IC,因为这似乎是转移散热片的最佳方式热。

我选择了第一个散热更好的(7​​106 散热器),正如它旁边的图表所示,但我也对散热器进行了更改以使其更好地接触 IC,如下所示:

  1. 弯曲散热器的腿/垫,使 IC 的顶部接触散热器。

弯曲的散热器

  1. 切割散热器的腿,使 IC 的顶部和侧面接触散热器。

切散热片腿

我的问题和我认为可能的答案是:

  1. 为什么这些散热器被设计和宣传为仅从 IC 底部传递热量的一种方式,而它们也可以从顶部传递热量?(也许 IC 的顶部不应该变热,使我的设计/上图错误?)

  2. 间隙应该用导热膏填充吗?为什么数据表中显示的图片都没有使用导热膏?(我想用于大间隙的间隙填充膏和用于接触 IC 的部分的液体导热膏将是一个好主意,他们只是没有在图片上显示。)

工厂生产更小腿的散热器会更便宜,所以它们不接触IC顶部一定是有原因的。

4个回答

导热垫

IC 的 TO-263 封装底部有一个导热垫,可直接焊接到 PCB 上的铜垫上。然后,您的散热器将焊接到 PCB 上的同一个铜焊盘上。通过外壳(不是通过焊盘)产生的热量大约是传递到 PCB 铜焊盘的热量的十分之一,因此,大部分热量通过铜焊盘传递到散热器。

这就是它的工作方式。请注意数据表中的文字:-

在此处输入图像描述

这是一个表面贴装散热器。请注意数据表中页面上的文字:Material: 0.63 (0.025) Thick Copper..... Finish: Tin Plated

在此处输入图像描述

换句话说,它不是铝(像大多数散热器一样)并且很容易焊接到 PCB 上的铜焊盘(通过它的散热焊盘与 IC 热连接)。这张图片(来自问题)不是散热器制造商的意图: -

在此处输入图像描述

回顾

IC 的TO-263 封装(如散热器数据表中所述)具有如下导热垫:-

在此处输入图像描述

该导热垫应焊接到 PCB 上比 IC 延伸更宽的铜上,以便散热器也可以与其进行焊接连接。芯片产生的热量有 90% 以上是通过这种方式传递的。

这里有几件事情在起作用,都给出了相同的结果,IC 中的实际热路径、机械公差和空气的不良导热性。

在 IC 中,有源芯片直接安装在引线框架上。由于它被设计为高功率封装,因此需要注意使引线框架厚而宽,并有一条短路径到焊点。如果这些保持冷却,绝大多数热量将通过这条路径离开芯片,很少会通过芯片上方的高热阻塑料封装。

为了使散热器接触封装顶部,必须控制两个维度的不确定性,即封装厚度和散热器腿长。使散热器腿变长,以保证它坐在板上解决了这个问题。

仅仅让散热器接触封装并不足以移动任何大量的热量。空气必须用一些固体或液体代替,以形成更好的界面,这很麻烦、昂贵,并且需要额外的组装操作。

来自AAVID:用于 D-PAK、D²PAK 和 D³PAK 封装的表面贴装散热器

工作原理:来自 D-PAK、D²PAK 或 D³PAK 器件的热量通过传导间接去除——与 SMT 器件没有直接接触。原则上,由 D-PAK/D²PAK/D³PAK 器件产生的热量向下传导到 PCB 中,并由铜漏焊盘吸收。漏极焊盘将热量从封装边缘扩散到散热器安装到 PCB 的位置。然后热量被传导到铜散热器中,并在此处消散到周围环境中。

散热器并不意味着与设备接触。而是增加了漏焊盘面积,以允许热量从漏焊盘流到 pcb 再到散热器。

来自英特尔 - IC 封装材料的物理常数Cu-W 90%(钨铜)的热导率为 180 - 200 W/mK(瓦特每米每开氏度),模塑料仅为 0.58 - 0.67 W/mK。铜是 386 W/mK。一些热量会通过封装,但大部分会通过金属路径。散热器旨在促进这种流动。

从 Andys 链接来看,TO-263-3 排水垫为 10mm (8mm) x 7.55mm。Aavid 建议 TS-263 使用 16.3 毫米 x 14.2 毫米(红框)的漏极焊盘,如图所示。推荐的漏焊盘明显大于 TO-263-3 漏焊盘。这允许热量从封装流到铜再到散热器。Aavid 将此称为间接传导。

在此处输入图像描述

理想情况下,正如 Aavid(在 OP 问题中)所示,散热器应位于 pcb 上,而不是依靠焊料来传递热量。我会进行一些测试,看看间隙对热流的影响。

在此处输入图像描述

这与问题无关(主要是我为什么回答)。在以红色勾勒的区域中,我发现 pcb 上的铜漏焊盘颜色没有变化。我担心因为您不了解散热器应该如何工作,您使用阻焊层尺寸作为铜尺寸。我也看不到散热片上的通孔。观点很差,希望我错了。

金属垫的导热性比塑料制成的外壳要好得多。可以通过外壳带走的热量小到可以忽略不计。