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PCB銅皮的面積和熱阻

發布時間:2019-12-13 責任編輯:xueqi

【導讀】實際的應用中,DFN3*3、DFN5*6、SO8等封裝類型的貼片元件,都會在PCB板器件位置的底部鋪上一大片銅皮,然后器件底部框架的銅皮焊接在PCB的這一大片的銅皮上,加強散熱。理論上,PCB板銅皮鋪的面積越大,總熱阻就越低,器件的溫升就越低。
 
由于PCB板上其他元件及PCB本身尺寸的限制,散熱銅皮鋪設的面積也就受到限制,那么銅皮鋪設的面積最小要求多少,比較優化?
 
下面分別以一塊10cmX10cm、2OZ覆銅的二層PCB板來做試驗,板厚1.5mm,PCB底層覆銅沒有通過過孔連接到頂層,將封裝為DFN5*6器件AON6152焊接在PCB板,同時AON6152的D極下面分別鋪設四種不同尺寸的銅皮:30mm2、100mm2、1000mm2、10000mm2。然后給四塊板的AON6152灌入相同的功率,測量AON6152的溫升,計算相應的熱阻RJA。將AON6152灌入功率減小一半,重復上面的實驗,測量其溫升,再次計算相應的熱阻RJA。
 
將10cmX10cm的二層PCB板的覆銅改為1OZ,重復上面實驗,測量的溫度如下圖所示。
 
圖1:四種不同散熱銅皮尺寸的PCB布局
 
圖2:30mm2銅皮,2OZ覆銅
 
圖3:100mm2銅皮,2OZ覆銅
 
圖4:1000mm2銅皮,2OZ覆銅
 
圖5:10000mm2銅皮,2OZ覆銅
 
圖6:30mm2銅皮,1OZ覆銅
 
圖7:100mm2銅皮,1OZ覆銅
 
圖8:1000mm2的銅皮,1OZ覆銅
 
圖9:10000mm2銅皮,1OZ覆銅
 
測量及計算的結果匯總如下表所示:
 
圖10:DFN5*6的銅皮尺寸和熱阻
 
上面的實驗及計算結果可以得到:
 
(1)DFN5*6的封裝,散熱銅皮尺寸小于100mm2時,熱阻隨著銅皮尺寸的增加,急劇降低;銅皮尺寸大于100mm2后,熱阻隨著銅皮尺寸的增加,降低比較緩慢,因此,DFN5*6的封裝,PCB板上銅皮尺寸比較優化的值大約為100mm2。
 
(2)增加PCB板覆銅的厚度可以明顯的降低熱阻,但是厚覆銅會增加PCB的成本。
 
(3)輸入功率增加,熱阻會稍有降低。
 
SO8封裝的標準熱阻為:RJA=90C/W,RJC=12C/W;Ultra SO8封裝的標準熱阻為:RJA=50C/W,RJC=2.5C/W。這二種封裝PCB銅皮尺寸和對應熱阻關系如圖11所示。
 
圖11:SO及Ultra SO8的銅皮尺寸和熱阻
 
來源:松哥電源  作者:劉松 李全 
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