¿Cómo determino el área de cobre necesaria en una PCB para proporcionar el disipador térmico adecuado para un MOSFET SMD de potencia?

Estoy planeando usar el IRFR5305PBF Power MOSFET (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305pbf.pdf) para encender una carga. He determinado que necesito un disipador de calor externo con Rthsa <29 C / W.

¿Cómo haría para determinar el área de cobre en la PCB requerida para proporcionar una resistencia térmica de <29 C / W?

He intentado buscar en Google y en la base de datos IEEE, pero los artículos no me muestran claramente cómo calcular esto.

editar: Estoy usando un PCB de 4 capas con 1 oz de cobre en la parte superior e inferior, y 0.5 oz de cobre para las capas internas.

Lamentablemente, no hay una respuesta simple a su pregunta. Hay demasiadas variables en el problema para que cualquiera haya medido o caracterizado cada configuración posible: espesor del FR4, número de capas planas de cobre, número de vías entre las capas planas, la cantidad de flujo de aire sobre el tablero y la temperatura del aire de entrada , la contribución térmica de otras partes cercanas, etc., etc.

Existen métodos de prueba estándar, pero estos apenas son relevantes para cualquier situación real, principalmente porque usan solo FR4 desnudo sin capas de cobre como elemento de dispersión de calor. Varios proveedores también han publicado valores para ciertas configuraciones. La hoja de datos que vinculó, por ejemplo, se refiere al AN-994 de IRF , donde proporcionan valores de resistencia térmica para varios paquetes ofrecidos por esa compañía. Pero tenga en cuenta que su condición de prueba estándar utiliza 2 oz. cobre en las capas externas.

La tecnología lineal es otra compañía que publica resultados térmicos informativos. Si puede encontrar una de sus partes en el mismo paquete que su FET y consultar la hoja de datos, es probable que proporcionen una tabla de resistencia térmica para difusores de calor de varios tamaños en las capas superior e inferior.

Por ejemplo, para su paquete DDPAK, que no es lo mismo que el DPAK de su parte IRF, proporcionan:

(De la hoja de datos LT1965, consulte allí para obtener más detalles sobre las condiciones de prueba)

Al menos puede ver que llegar a menos de 29 C / W es algo desafiante. Las únicas condiciones de prueba en los resultados lineales que lograron eso requirieron 4 pulgadas cuadradas de cobre en las capas superior e inferior.

Pero, de nuevo, solo puede contar con estas cifras como pautas, porque factores como el flujo de aire influirán fuertemente en los resultados reales de su aplicación.

Le sugiero que mire los disipadores de calor SMT (por ejemplo, este para dispositivos DPAK de Aavid ) ya que cumplirán con sus especificaciones (con un flujo de aire / convección adecuado, por supuesto).

En cuanto al área de cobre de PCB solo, puede verificar aplicaciones como esta de Fairchild , pero sospecho que, al desnatarlo, el área requerida es bastante grande (> 1 pulgada cuadrada), lo que probablemente no sea una buena garantía de disipación de calor.

Robert Kollman proporciona un par de páginas sobre este tema en Construcción de su fuente de alimentación - Consideraciones de diseño en la sección V - Consideraciones térmicas.

Nunca hice esto solo, pero recordé este artículo. Proporciona algunos ejemplos, así que supongo que probablemente podría transferir esto a su caso.

Aquí hay un artículo interesante que sugiere el uso de 4 capas y vías debajo del dispositivo: AN10874 - Guía de diseño térmico LFPAK MOSFET - Nota de aplicación