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2021.12.22 Si功率元件

PMDE封裝的散熱性能(模擬)

Si二極體用的散熱性能出色的小型封裝“PMDE”評估

本文將透過模擬來比較PMDE和PMDU的散熱性能。

熱模擬方法

如下圖所示,對於在50×50×0.8t(mm)的PCB(印刷電路板)上,當安裝元件的銅箔尺寸逐漸增加時的元件溫度Tj和熱量的傳遞情況進行了模擬。可以看出,隨著銅箔面積的增加,熱量的擴散範圍更大,散熱性提高。還可以看出,傳導到PCB玻璃環氧樹脂部分的熱量非常少。由此可見,要想實現良好的散熱效果,所要安裝的銅箔面積的大小是非常重要的。


在PCB上的散熱示意圖(模擬)

PMDE封裝的熱阻Rth(j-a)和銅箔面積

下圖是根據上述熱模擬結果,繪製出的PMDE和PMDU的結點-環境間熱阻Rth(j-a)與銅箔面積之間的關係。此外,關於Rth(j-a),還一併給出了以PMDU為基準時PMDE的相對誤差。


PMDE和PMDU的Rth(j-a) vs 銅箔面積


以PMDU為基準時PMDE的Rth(j-a)相對誤差

如果銅箔面積小,PMDE背面的散熱效果就無法充分發揮出來,PMDE的Rth(j-a)值就會比PMDU大。隨著銅箔面積的增加,PMDE的散熱效果提高,與PMDU的差異變小,銅箔厚度t=35µm時約為90mm2、t=70µm時約為60mm2,達到與PMDU同等的熱阻。隨著銅箔面積的進一步增加,PMDE的散熱效果進一步提高並超過PMDU。另外,從2,000mm2附近開始飽和。

從這些結果可以看出,要想使用PMDE獲得良好的散熱特性,就需要確保適當的銅箔面積。如果銅箔面積過小,散熱性能反而不如PMDU;反之,如果過大,則散熱性能得不到相應的提高,而且浪費電路板面積。此外,銅箔厚更能夠用更小的面積獲得比PMDU好的散熱性能。

重點:

・在PCB實際安裝狀態下,隨著銅箔面積的增加,熱量變得更容易擴散,因而能夠提高散熱性能。

・如果銅箔面積過小,PMDE的Rth(j-a)會比PMDU還大,從而無法充分發揮出散熱性能。

・隨著銅箔面積的增加,PMDE的散熱性能提高並會超過PMDU。

・PMDE的散熱性能是銅箔面積越厚越能以更小的銅箔面積超過PMDU。

・即使將銅箔面積增加到超過所需面積,由於散熱性能飽和也無法獲得與面積相稱的散熱效果,因此應採用合適的銅箔面積。

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