¿Cómo mantener fresco un regulador lineal sin un disipador de calor real?

Quiero usar un regulador lineal para alguna aplicación, está en un paquete SOT-223 (no SOT-89). ¿Cómo lo mantengo fresco, preferiblemente sin un disipador de calor voluminoso? El regulador puede estar disipando 2-3W de calor. He oído que puede usar trazas de cobre debajo del regulador en la PCB para mantener el regulador frío; ¿Alguien tiene alguna referencia sobre esto?

No podrá disipar tanto calor con solo trazas de cobre para eliminar el calor. (Un SOT-89 también es un paquete muy pequeño, ¿está seguro de que esa parte específica de ese paquete específico está clasificada para 3W?)

Utilizo paquetes del tamaño de D-Pak con mucho cobre en las cuatro capas y conjuntos de vías para intentar darle al dispositivo una gran cantidad de cobre para un disipador de calor.

Esto funciona razonablemente bien para cargas de ciclo de trabajo bajo, pero no funciona bien para aplicaciones de carga continua (hay una alta resistencia térmica al aire). Para requisitos de alta disipación, necesita aletas y aire que se mueve sobre ellas, y a menos que esté construyendo placas de circuito de forma diferente a la que yo sé, necesitará un disipador de calor para obtener esas aletas.

Me doy cuenta de que esto no está respondiendo tu pregunta directamente, sino algo que quizás quieras considerar.

En lugar de disipar tanta energía, puede colocar un convertidor de inversión antes de su regulador lineal. Haga que el dinero salga a un voltaje justo por encima de lo que requiere su regulador lineal.

Esto no solo disminuirá la cantidad de calor que tiene que disipar, sino que también mejorará la eficiencia de su diseño.

En cuanto al disipador de calor, tiendo a colocar varias vías directamente en mi plano de tierra. El plano de tierra parece ser muy bueno para disipar el calor. Si va a una placa de 4+ capas y tiene el plano de tierra interno, entonces la disipación de calor no será tan buena.

Son las leyes de la física. Necesita disipar 3W a través de dispositivos con gran resistencia térmica, habrá un aumento de temperatura. El uso de trazas de cobre puede llevar el calor de los dispositivos de montaje en superficie a la placa de circuito impreso. Pero ese calor aún necesita ser hundido.

Mirando un dispositivo SOT223, tienen un Rj-a de 91 K / W, lo que significa que a dos o tres vatios se puede esperar una temperatura de aumento de 273 K. Esto cocinará tu dispositivo. El Rj-s (resistencia de la unión al punto de soldadura) es de 10 K / W, por lo que siempre que su placa pueda disipar el calor, el dispositivo estará a 30 K por encima de la temperatura ambiente.

Si su placa está montada en una carcasa metálica, puede, con un poco de esfuerzo de diseño, alinear las almohadillas térmicas grandes en la placa de circuito con islas en la carcasa metálica.

        /---\                        hot device    
==================================   PCB
_______/     \______/    \______     Metal enclosure

El uso de grandes almohadillas de cobre en cada capa con muchas vías ayudará a transferir el calor. El único otro problema es sujetar la placa de circuito al gabinete de metal y aplicar suficiente presión y compuesto térmico para que el tablero pueda conducir calor al gabinete.

Hacer esto efectivamente transfiere el calor del componente a la placa y al gabinete. Por lo tanto, el recinto se convierte efectivamente en el disipador térmico.

Sin un disipador térmico en el tablero, reducirá el Rj-a de 91 K / W a un valor más bajo. Cuál es este valor, deberá determinarlo experimentalmente. Haga una placa de circuito simple con el dispositivo en cuestión y almohadillas térmicas en cada capa con vías, luego aumente la cantidad de energía que está ejecutando a través del dispositivo de menos de un vatio suavemente a dos / tres vatios y usando un termopar , registre la temperatura en el tablero y el dispositivo. Esto le permitirá calcular el Rj-a del dispositivo en su placa de circuito.

Sí, puedes enfriar el dispositivo usando la placa. Tenga en cuenta que esto requiere una cantidad razonable de superficie para hacerlo. No espere que toda su placa le dé al componente un efecto de enfriamiento, por ejemplo, si su pestaña está en el plano de tierra. Creo que la única área efectiva es de 6 cm a 8 cm.

Las vías o pequeños agujeros que generalmente se ven en esos planos son vías térmicas. En el otro lado del tablero probablemente también haya un avión de cobre. Aumenta el enfriamiento térmico, pero puede ser difícil de hacer cuando crea prototipos de sus propios tableros en casa. Los agujeros no pueden ser tan grandes (del orden de algunas décimas de mm).

El otro día hice un regulador de conmutación que también necesitaba algo de enfriamiento. Estaba en una carcasa TO-263, que es un poco más grande. Pero de todos modos, la hoja de datos de national en las páginas 4 y 5 especificaba que con 1 pulgada cuadrada de área de cobre tenía una resistencia al enfriamiento de 26C / W. Eso es JA, que no está tan mal. Si disipa 3W, eso agregaría 75C por encima del ambiente, lo cual es lo suficientemente bueno. En este caso en particular, estaba haciendo la PCB en una máquina de grabado amateur, así que hice el área dos veces más grande porque la conexión de soldadura a la placa es más difícil de hacer.

Como se describe en Disipación de potencia de bajo perfil , es posible que pueda desperdiciar algo de calor en otro componente (resistencia aguas arriba o segundo regulador), por lo que su regulador no tiene que disiparse tanto. Tendrá que hacer los cálculos para los voltajes mínimo y máximo y las cargas mínimas y máximas que espera ver.

Esto puede ser una gran brutalidad y no he hecho ninguna estimación térmica de sus requisitos, pero una opción si el tamaño físico de un disipador térmico es un problema es colocar la placa o el área del dispositivo con un compuesto que tenga una baja resistencia térmica. He visto esto hecho con la vieja Araldita para esparcir la carga térmica. Si el encapsulado se realiza dentro de una caja de metal, entonces también tiene el beneficio de la carpintería metálica. Eso sí, ¡esto hace que la reelaboración sea un poco difícil!

Mientras investigaba la misma pregunta para un transistor de conmutación de paquetes SOT-223, me topé con el Manual de referencia de técnicas de montaje y soldadura de semiconductores ON (encuéntrelo aquí: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/SOLDERRM-D.PDF ) Este es un conjunto compilado de artículos sobre consideraciones térmicas y de montaje e incluye docenas de huellas para tipos de paquetes comunes (incluido SOT-223). También incluye artículos sobre cómo preparar montajes de disipador térmico de PCB, grasa térmica y otras técnicas que no había considerado antes. El documento fue revisado recientemente, julio de 2014.

Me pareció que valía la pena echarle un vistazo.