PMDE封装的散热性能 (仿真)

关键要点:

・在PCB实际安装状态下,随着铜箔面积的增加,热量变得更容易扩散,因而能够提高散热性能。
・如果铜箔面积过小,PMDE的Rth(j-a)会比PMDU还大,从而无法充分发挥出散热性能。
・随着铜箔面积的增加,PMDE的散热性能提高并会超过PMDU。
・PMDE的散热性能是铜箔面积越厚越能以更小的铜箔面积超过PMDU。
・即使将铜箔面积增加到超过所需面积,由于散热性能饱和也无法获得与面积相称的散热效果,因此应采用合适的铜箔面积。

本文将通过仿真来比较PMDE和PMDU的散热性能。
热仿真方法
如下图所示,对于在50×50×0.8t(mm)的PCB(印刷电路板)上,当安装元器件的铜箔尺寸逐渐增加时的元器件温度Tj和热量的传递情况进行了仿真。可以看出,随着铜箔面积的增加,热量的扩散范围更大,散热性提高。还可以看出,传导到PCB玻璃环氧树脂部分的热量非常少。由此可见,要想实现良好的散热效果,所要安装的铜箔面积的大小是非常重要的。

PCBでの放熱イメージ(シミュレーション)
在PCB上的散热示意图(仿真)

PMDE封装的热阻Rth(j-a)和铜箔面积
下图是根据上述热仿真结果,绘制出的PMDE和PMDU的结点-环境间热阻Rth(j-a)与铜箔面积之间的关系。此外,关于Rth(j-a),还一并给出了以PMDU为基准时PMDE的相对误差。

PMDEとPMDUのRth(j-a) vs. 銅箔面積
PMDE和PMDU的Rth(j-a) vs 铜箔面积

PMDUを基準にした場合のPMDEのRth(j-a)相対誤差
以PMDU为基准时PMDE的Rth(j-a)相对误差

如果铜箔面积小,PMDE背面的散热效果就无法充分发挥出来,PMDE的Rth(j-a)值就会比PMDU大。随着铜箔面积的增加,PMDE的散热效果提高,与PMDU的差异变小,铜箔厚度t=35µm时约为90mm2、t=70µm时约为60mm2,达到与PMDU同等的热阻。随着铜箔面积的进一步增加,PMDE的散热效果进一步提高并超过PMDU。另外,从2,000mm2附近开始饱和。
从这些结果可以看出,要想使用PMDE获得良好的散热特性,就需要确保适当的铜箔面积。如果铜箔面积过小,散热性能反而不如PMDU;反之,如果过大,则散热性能得不到相应的提高,而且浪费电路板面积。此外,铜箔厚更能够用更小的面积获得比PMDU好的散热性能。

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