Kühlflächen für SMDs verzinnen - was bringt's?

Thomas Lamron wrote in news:c8kgua$esq$00$ snipped-for-privacy@news.t-online.com:

Schwarz streichen bringt was. Somit wäre eine verzunderte (grün/schwarze) Kupferfläche besser. Eine verzinnte Fläche und hat ein schlechteres thermisches Abstrahlverhalten (wie alle blanken metallischen Oberflächen). Ich vermute mal, eine Fläche, die mit dem gruenen Lötstoplack beschichtet ist, strahlt besser ab als das blanke Kupfer bzw. Zinn. Soweit zum thermischen Übergangswiderstand zur Umgebung. Was meinst du mit "RthLA"? Der therm. Widerstand des Leiters verringert sich durch das zusätzliche Material wohl etwas. Inweiweit das von Vorteil ist (gegenüber der schlechteren Abstrahlung) lässt sich wohl nur durch Tests oder Computermodelle bestimmen (es gibt Software dafuer). Du kannst auch noch viele VIA's einbringen und beide Seiten der Platine zur Kühlung benutzen.

M.

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Unter dem Bauteil schon :-)

Bei großen Kühlflächen wirkt es sich schon aus, wobei ich die 5µm für deutlich zu niedrig halte. Ich würde eher mindestens 50µm schätzen.

Marcel

Matthias Weingart schrieb:

J = Sperrschicht L = Anschlussbeinchen bzw. S = Lötanschluss A = Umgebung

RthJL = 150 K/W

RthJA darf 270 K/W nicht überschreiten, sonst wird's kritisch. Also gilt für das bzw. die Kühlpads die Forderung RthLA < 120 K/W

Der therm. Widerstand des Leiters verringert

Kann man dann die Fläche auf der Rückseite einfach zur Fläche auf der Bauteilseite dazu addieren (also z.B. 25mm² + 25mm² = 50mm²; Fläche entspricht ca. 120 K/W) oder ist die Wärmeableitung über die Vias nicht effektiv genug? Und wie dicht sollte man die Vias setzen?

Auf meiner Creative-Soundkarte im PC z.B. sitzt ein TDA auf einem

30x30mm großen Kühlpad (nicht verzinnt!). Über Vias im Abstand von ca. 6 mm wird der Kontakt zur ebensogroßen Fläche auf der Rückseite hergestellt.

Gruß, Thomas

"Matthias Weingart" schrieb im Newsbeitrag news:Xns94F07A98060B7AlwLookOnTBrightSide@212.21.75.70...

Hallo,

der Unterschied des Emissionsgrades ist bei den geringen Temperaturen, sprich großen Wellenlängen, die bei der Bauteilkühlung auftreten, kaum von der Farbe der Oberfläche abhängig. Anders sieht es bei hohen Temperaturen, sprich Wellenlängen im Bereich des Sonnenlichts, aus. Hier ist von großer Bedeutung ob die Oberfläche dunkel oder hell ist. Da der Absorptionsgrad proportional dem Emissionsgrad ist, kann ein Weiß lackierter oder verzinnter, nicht vor Sonnenlichteinfall geschützter, Kühlkörper von Vorteil sein, da er die Energie des Sonnenlichtes nicht absorbiert und es zu einer wesentlich geringern Erwärmung als beim schwarzen Kühlkörper kommt.

Mit freundlichen Grüßen

Jan

Es würde mich wundern, wenn bei den für Elektronik üblichen Temperaturen die Abstrahlung überhaupt eine relevante Rolle spielt. Bei 70°C Oberflächentemperatur und 40°C Umgebung beträgt sie maximal 50mW/cm^2. Als Faustformel: bei rund 50°C sind es 1,6mW/cm^2/° - also rund 620K/W bei 1cm^2. Die Kühlwirkung beruht also vornehmlich auf Wärmeleitung durch Feststoff oder Gas (Konvektion). Da ist die Farbe egal. Ein isolierender Oxydüberzug ist da eher hinderlich.

Marcel

Thomas Lamron wrote in news:c8klls$8iu$05$ snipped-for-privacy@news.t-online.com:

Ohne VIA's würde die Rückseite auch schon wirken, aber noch nicht so gut. Die VIA's verbessern die Wärmeleitung. Schau mal hier:

Ein paar theoretische und simulierte Untersuchungen zur Leiterplattenthermie, was VIA's bringen usw.

Zu den andren Postern: bei 100°C liegt der Anteil der Strahlung schon bei ca. 20-30% (bei freier Konvektion) und er ist noch höher, wenn die Platine im Gehäuse nicht optimale freie Konvektion hat. Der Einfluß der Farbe (schwarz oder silbrig) macht dann schon 10% oder mehr aus.

M.

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Matthias Weingart wrote in news:Xns94F099A56F29FAlwLookOnTBrightSide@212.21.75.70:

Ich habe gerade mal mit der Exceldatei von obiger Webseite gespielt: Eine mit 10W beheizte liegende Europlatine hat bei blanker Oberfläche ein Rth=4,32K/W (Plattentemperatur 78°C) und bei lackierter Oberfläche Rth=2,53K/W (Plattentemperatur 60°C). Schon ein grosser Unterschied.

M.

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(Marcel Müller) 21.05.04 in /de/sci/electronics:

Wundere dich.

Wie kommt diese Formel zustande?

Seltsam das man uns erzählt hat, das schwarze Eloxierung ca. 0,5K/W Verbesserung bringt (IIRC) und sich die Hersteller immer noch die Mühe machen, Kühlkörper, sofern nicht zwangsbelüftet, auch in sw anzubieten. Hat Deine Faustformel irgendwie einen Kommafehler, oder ist die Fläche deutlich grösser? Da liegt ja ein Faktor 1000 dazwischen...

Nunja, wenn Du Alu ohne jeden Oxydüberzug bekommst? Könnte es vielleicht sein, das das sw Oxid die Wärme besser leitet oder deutlich dünner ist als bei "naturfarben"? IIRC gab's immer 2 Klassen von sw KK: Die einen waren komplett sw, die anderen waren dort, wo der Transistor sass nicht "gefärbt". IIRC waren die ersten sw eloxiert und die 2. "nur" sw lakiert.

| der Unterschied des Emissionsgrades ist bei den geringen Temperaturen, | sprich großen Wellenlängen, die bei der Bauteilkühlung auftreten, kaum von | der Farbe der Oberfläche abhängig. Anders sieht es bei hohen Temperaturen, | sprich Wellenlängen im Bereich des Sonnenlichts, aus. Hier ist von großer | Bedeutung ob die Oberfläche dunkel oder hell ist. Da der Absorptionsgrad | proportional dem Emissionsgrad ist, kann ein Weiß lackierter oder | verzinnter, nicht vor Sonnenlichteinfall geschützter, Kühlkörper von Vorteil | sein, da er die Energie des Sonnenlichtes nicht absorbiert und es zu einer | wesentlich geringern Erwärmung als beim schwarzen Kühlkörper kommt.

Wie immer im Leben... es kommt darauf an... In unserem Fall hier könnt ihr an der sichtbaren Farbe wenig festmachen. Es kommt auf die "Farbe" im infraroten Bereich an. Es gibt z.B. Heizkörperlacke, die zwar im optischen Bereich weiss sind, jedoch für die relevanten Wellenlängenbereiche quasi "schwarz" sind. Und dann ist die Schichtdicke und Wärmeleitfähigkeit des Materials natürlich auch nicht zu verachten...

Beim Verzinnen ist es ähnlich: Eine Runde chemisch verzinnt mit wenigen µm Auflage dürfte wenig bringen, die blanke Fläche über eine Zinnwelle ziehen schon.

Martin

Wir haben einen 300W-Kühlkörper aus Alu-Druckguss mit und ohne schwarze Lackschicht ausprobiert (ohne Ventilator). Ergebnis: 10K weniger Endtemperatur (70°C statt 80°C). Selbst bei dem dicken Auto-Lack, den wir verwendet hatten, überwog also die verbesserte Abstrahlung gegenüber der Wärmeisolation.

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Kai-Martin Knaak
kmkn@tem-messtechnik.de
gpg-key: http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=kai-martin&op=index&exact=on

(kai-martin knaak) 22.05.04 in /de/sci/electronics:

Nein, das schrob ich nicht! Das schrub Marcel Müller und ich wollte wissen wie er auf seine Werte kommt.

ACK. Wenn man "professionelle" Geräte ansieht und versucht mittels linarem/constantem Rth den Kühlkörper zu berechnen kommt man oftmals auf absurde Grössen, weil man die Strahlung ebend nicht vernachlässigen kann. Aber wie gesagt, das ist "nur" praxis, und ein wenig die Erfahrung eine Heizplatte wirklich genau regeln zu wollen, was erst klappte, als man die Strahlung einbezog, obwohl die Platte nur vermittels Halbleitern beheizt wurde, also keineswegs glühte oder kuz davor war.

Kann wer erklären, wie es zu diesen Widersprüchen kommt?

Diese 0.5K/W scheinen ja auch vom Himmel zu fallen, auf was bezieht sich das? Leider finde ich meinen Uralt-Katalog nicht mehr, wo der gleiche Typ Kühlkörper in blank und in schwarz eloxiert angeboten wurde. IIRC hatte das Ding, 120/100mm breit mal 37.5mm lang einen Rth von 4K/W für blank und

2.7K/W für schwarz. Bei 20°C Luft und 30W Last wäre die Temperatur des blanken Kühlkörpers auf 140° angestiegen. Die Abstrahlung bei 100°C beträgt so ungefähr 12W bei dieser Baugrösse. Das kommt mit den 2.7K/W dann gut hin. Strahlung und Konvektion hängen natürlich stark von den Umgebungsbedingungen ab. Die Abstrahlung hängt auch von der Struktur des Kühlkörpers ab, ist er stark zerklüftet, ist er "schwärzer" unabhängig von der Farbe. Dezent OT: Die Stagnationstemperatur eines schwarzen isolierten Blechs an der Sonne ist etwa 100°C.

Nur ganz kurz...

Alox, eigentlich so was wie Saphir, ist ein guter Wärmeleiter. Die Schicht sollte gefärbt gleich dick sein wie ungefärbt, der Prozess ist derselbe, nur wird etwas Farbstoff zugesetzt.

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mfg Rolf Bombach

(Rolf Bombach) 22.05.04 in /de/sci/electronics:

Ja, irgendwelche Katalogdaten von Leistungskühlern im unteren einstelligen Rth-Bereich. ;-)

stehender?

Ok, also keineswegs (per se) "völlig vernachlässigbar"...

Jo. wobei eine zerklüftete Oberfläche für Konvektion nicht unbedingt günstig sein muss, da sich schneller ein Lage unbewegter Luft anreichert. (Prandlschicht oder so). Aber für die Strahlung ist das dann (fast) wurst...

Ich halte jedenfalls die Verhältnisse an einem realen Kühler nicht für mit einer einzigen linearen Formel beschreibbar.

ebend. ;-)

IIRC gibt es KK auch in "blank", d.h. ohne das da wer eine "Eloxalschicht" aufgebracht hat. Ich meinte das diese "Natur"-Alox schicht dicker sein könnte.

Auch am idealen Kühler gehen Konvektion und Strahlung alles andere als linear mit der Temperatur. Manchmal hab ich eh das gefühlt, dass Wunschzahlen des Her- stellers angegeben werden, vielleicht erreichbar, wenn das Teil an einem dünnen Faden mitten im unendlichen Raum schwebt ;-). "Stehende Luft" ist bei Konvektion ja auch ein merkwürdiger Begriff. Viele Leute schrauben allerdings den Kühlkörper irgendwo innen im Gehäuse hin und wundern sich dann...

Die natürliche Schicht ist sehr dünn. Sie eignet sich zB nicht zur elektrischen Isolation. Eloxieren ist schon ein recht rabiater elektrochemischer Prozess und führt zu viel dickeren Schichten. Dabei wird das Alu anodisch oxidiert, d.h. die Schicht entsteht aus dem Alu und wird nicht zusätzlich aufgebracht. Der Prozess ist etwas geheimnisumwoben, Stromdichte, Zeit, Temperatur, Geheimchemikalien im Elektrolyten sind das eine. Anschliessend wird die Schicht verdichtet (Sealprozess), dafür gilt ähnliches.

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mfg Rolf Bombach

Stefan Boltzmann Gesetz.

I = C * T^4

C = 5,67E-8 W/m^2/K^4

Die Temperaturen sind in Kelvin anzugeben. Die Differenz zwischen Emmission und Absorption (Umgebungsstrahlung) ist zu bilden.

I = C * (Tk^4 - Tu^4)

Ich habe stillschweigend angenommen, die Emmissionskoeffizienten von Kühlfläche und Umgebung seien nahe 1 (schwarz). Im allgemeinen wird der Kühlkörper da etwas besser dastehen. Allerdings hat keine der beiden Flächen den Wert 1, was die Strahlung wieder etwas reduziert.

Für die Doppelseitigkeit der Fläche gibt es dann noch einen Faktor 2.

Die Formel kann man dann nach T ableiten.

dI/dT = 4 C T^3

gibt 0,76mW/cm^2/K bei 50°C. Doppelseitig -> 1,6. Bei höheren Temperaturen wird es natürlich etwas mehr.

Mag sein, aber nicht bei einem Kühlkörper mit 1 cm^2 und vermultlich auch bei einer höheren Temperatur.

Aluoxyd ist in Sachen Wärmeleitung ziemlich gut. Für andere Oxide gilt das nicht unbedingt. Ohne starken Luftstrom ist das aber vmtl. völlig irrelevant.

Marcel

Thomas Lamron schrieb:

tzlich zu=20

re=20

=20

Hallo,

f=FCr die W=E4rmeleitung bringt das fast nichts, die W=E4rmeleitzahl von =

Kupfer ist 300, von Blei nur 30 und von Zinn immerhin 55. Bei der Strahlungszahl sieht es anders aus: Kupfer poliert 0,2 schwarz=20 oxidiert 3,86; Blei oxydiert 1,4; f=FCr Zinn steht nichts in der Tabelle.=

Das Kupfer chemisch schwarz oxidieren zu lassen w=E4re wohl besser.

Warum nimmt man eigentlich Aluminium f=FCr K=FChlk=F6rper, die W=E4rmelei= tzahl=20 ist nur 175, Kupfer w=E4re besser, aber auch schwerer.

Bye

Uwe Hercksen schrieb im Beitrag ...

Teurer. Moderne KK (Pentium) sind aber aus Kupfer oder haben Kupferkern. Noch modernere bestehen aus leichtem und noch besser waermeleitendem Graphit, brechen aber auch leicht.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

Marcel M=FCller schrieb:

Hallo,

und die Strahlungszahl C kann ganz verschieden sein, 0,2 f=FCr poliertes =

Kupfer, 0,4 f=FCr gewalztes Aluminium, 1,5 f=FCr Aluminium Sandgu=DF und =

immerhin 3,86 f=FCr schwarz oxidiertes Kupfer.

Bye

Leichter zu extrudieren? Und eben, leichter. Und bei ähnlichem Kilopreis... Und pro Kilo leitet es die Wärme besser als Kupfer. Kupfer lohnt also, wenn bei kleinen Platzverhältnissen die Wärme weg muss. Und irgendwann könnte man auch eine Heat-Pipe in betracht ziehen.

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mfg Rolf Bombach