Версия для печати темы

Автор: ViKo Jul 16 2018, 09:56

Не нашел теплопроводности маски. Думаю на обратной стороне платы под микросхемой с открытой площадкой GND на дне корпуса разместить такой же полигон, как площадка. С маской или без? Еще тепло по внутреннему слою пойдет и разнесется по всей плате.

Автор: MapPoo Jul 16 2018, 10:52

Хм. Получается, что площадь припайки микросхемы все равно много больше площади сечения полигона, к которому она припаяна для теплоотвода??

Автор: ViKo Jul 16 2018, 11:03

Про сечение "непонел".
Площадка на дне корпуса 5,4 х 5,4 мм. Сквозными переходными отверстиями соединяется с внутренним слоем земли и с примерно таким полигоном на нижней стороне платы. Полигон могу закрыть маской. Могу не весь закрыть, в середке открытым оставить. Вопрос про маску, насколько она мешает уходить теплу с полигона.

Автор: @Ark Jul 16 2018, 11:25

Лучше бы открыть почти весь. Оставить небольшую маску только по периметру...
Еще лучше бы - все сделать до переходных отверстий, а полигон увеличить по максимуму...
В общем - искусство разводки все решает...

Автор: ikm Jul 16 2018, 11:43

Я открываю от маски переходные только для того,чтобы потом при монтаже, туда затёк припой, и увеличил площадь поперечного сечения для прохождения тепла от верхнего слоя к нижнему. А так же если будет использоваться теплопроводная паста, она тоже заполняет пустоты этих отверстий.
Да, конечно у меди теплопроводность в 5 раз выше олова, но всё же это дает плюс. Всё остальные теоретические раскладки про "с блестящей поверхности тепловое радиационное излучение меньше" и "маска добавляет тепловое сопротивление", для реальных задач дает очень малый вклад, что практически не учитывается.

Автор: ViKo Jul 16 2018, 11:55

Там конденсаторы по питанию обложили полигон, и соединяются с ним. Чтобы при пайке этих конденсаторов припой не лез в переходные отверстия, нужно их маской прикрыть. То есть, весь полигон открывать не хочу.

Автор: @Ark Jul 16 2018, 12:21

Значит, не правильно расставили приоритеты при разводке...

Автор: ViKo Jul 16 2018, 12:48

Скажите уже кто-нибудь по маске - проводит тепло или как?

Автор: Владимир Jul 16 2018, 12:54

Она тонкая. Градиент температуры есть но он ничтожный, чтобы учитывать.
Если сильно хочется открыть, и чтобы припой не утекал -- откройте (но не свойства полигона у новым полигоном в слое маски), так, чтобы мостик маски минимальный остался до PAD

Автор: ViKo Jul 16 2018, 13:05

Сколько сделать зазор от края отверстия, закрытого маской, до края маски (выреза маски в полигоне)?

Автор: Владимир Jul 16 2018, 14:48

какая ширина минимального мостика зависит от производителя. у него и уточнять нужно

Автор: Vasily_ Jul 16 2018, 15:39

Встречал только полигоны без маски, я уже где-то тут выкладывал эти картинки.
Переходные под транзистором маленькие, все что вокруг гораздо больше, чтобы термогерметик просачивался.

Автор: Andreas1 Jul 16 2018, 16:54

Если полигоны через термопрокладку на теплоотвод с большой поверхностью и хорошей теплопередачей садятся, то освобождение от маски понятно. Но если они в воздух с его мизерной теплопроводностью излучают, но что ухудшит 25..100мкм маски? Тем более что при маске излучать больше будет.

Автор: rx3apf Jul 16 2018, 17:13

По моим представлениям, наличие маски никак (почти) не повлияет на распространения тепла по полигону. А вот отвод в окружающую среду с маской должен бы быть ощутимо лучше. Поскольку коэффициент черноты у нее ближе к 1, а у чистой металлической поверхности - очень невелик. И лучистый теплообмен просто не работает. Тепловое сопротивление маски много меньше, чем у воздуха, так что ухудшить конвективный теплообмен не может никак (когда-то радиаторы и эмалями красили вместо анодирования).

Для PCB - может быть и малосущественно, спорить не буду. А вот для пластинчатого радиатора с примерно +40 поверхности при +20 окружающей окраска эмалью повлияла весьма солидно. Да и расчет дает довольно приличные цифры лучистого теплообмена даже при столь казалось бы незначительном градиенте.

Автор: @Ark Jul 16 2018, 17:25

Лучистый обмен - не на первом месте в этом процессе, в этом Вы правы. А вот насчет конвекции - нет.
Теплопередача системы "голый металл - теплоноситель (воздух)", выше чем у системы "металл, покрытый маской - теплоноситель (воздух)"...
Любая "одежда" металла, меньшей теплопроводности, чем сам металл - ухудшает теплоотвод, при прочих равных условиях...

Автор: rx3apf Jul 16 2018, 18:08

Да, ухудшает. Но совершенно незначительно. При малой плотности потока (особенно применительно к радиатору) - несущественно. В любом случае, тепловое сопротивление пленки лакокрасочного покрытия многократно меньше, чем воздуха той же толщины. А при том, что почти любое покрытие увеличивает степень черноты против голого металла - вполне очевидно, что прирост от лучистого теплообмена перекроет (причем многократно) ухудшение конвективного обмена.

Автор: HardEgor Jul 16 2018, 19:09

Не существенно уменьшает.
Более существенный эффект даст нанесение маски сеткой, что должно увеличить турбулентность воздуха возле поверхности меди и улучшит конвективный съём тепла.


Не очень очевидно.
Лучше медь покрыть оловом - у него, насколько помню, лучше отдача в ИК, плюс не такая гладкая поверхность как у меди.

Автор: @Ark Jul 16 2018, 19:15

Тепловое сопротивление воздуха и толщина его слоя - роли практически не играет. Так как воздух (без конвекции) - почти идеальный теплоизолятор.
Греется и уносит тепло только очень тонкий приповерхностный слой воздуха, соприкасающийся с радиатором. Теплоотвод будет зависеть от площади поверхности, теплопроводности этой поверхности и скорости движения теплоносителя (воздуха). Излучение - не играет существенной роли в этом процессе.
Поэтому, в первую очередь, увеличивают площадь поверхности радиатора и делают интенсивный обдув. Это гораздо эффективнее, чем красить радиатор в абсолютно черный цвет. Всякие покрытия имеют смысл только в качестве защиты от коррозии...

Автор: rx3apf Jul 16 2018, 19:32

Когда габариты критичны и можно применить принудительную циркуляцию - да, полированный металл ничуть не уступит зачерненному. В случае же чисто пассивного радиатора - картина меняется, причем очень существенно. Но мы отклоняемся от первоначального вопроса. Да, я согласен, что основную роль играет приповерхностный слой воздуха. Однако, если посчитать вклад лакокрасочного покрытия - в случае радиатора 100-мкм слой дает максимум десятые доли градуса. Несерьезно. Но в случае PCB плотность потока, вероятно, существенно больше. Насколько - исходных цифр все равно нет.

Ага. Аж в два раза - 0.05 против 0.02. Лучистый теплообмен - 0. Что так, что так.

Автор: MapPoo Jul 16 2018, 20:16

А кондуктивный теплообмен с поверхности печатной платы, в случае когда она стоит горизонтально (а такого, как мне кажется, большинство, не рассматривая активное охлаждение), не будет минимальным?

Автор: AlexandrY Jul 16 2018, 20:49

Переходные закрытые маской только с одной стороны называются "mask pocket" и на это http://electronix.ru/redirect.php?https://www.brandner.ee/good-advice/faq/.

Автор: Serge V Iz Jul 16 2018, 23:38

Теплопроводность полимеров примерно одинакова:
http://electronix.ru/redirect.php?http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/plastmassa-i-plastik/teploprovodnost-plastikov-i-plastmass-fizicheskie-svojstva-polimerov

Даже если исходить из худшего показателя 0.1Вт/метрградус, то через пленку 100мкм площадью 1см2 должно протекать 0.1Вт для градиента температуры в 1градус. Через это можно грубо, без учета кондуктивного отвода в объем платы предположить максимальное возможное ухудшение.

Автор: halfdoom Jul 17 2018, 04:38

Теплопроводность маски примерно 0,3W/mK, однако излучательная способность меди, покрытой маской, выше, примерно на 4,5%. По этому поводу у кого-то была апнота, но сейчас не могу вспомнить у кого.

Автор: ViKo Jul 17 2018, 07:04

Мнения учоных разделились.
Допустим, медь под маской излучает тепло бельше, чем медь без маски. Трудно поверить, особенно, если маска гладкая, как зеркало. Но еще есть теплопередача за счет конвекции воздуха. Кстати, ламинарный поток должен отбирать тепло лучше, я так думаю. Однако, плата лежит горизонтально, занимает весь весьма небольшой пластмассовый корпус. Перфорации в корпусе нет. Конвекция - никакая. Зато внутри он покрыт медью. В общем, вопрос, есть ли смысл задумываться о теплопередаче от микросхемы, если из корпуса тепло будет отдаваться по всей его поверхности. Похоже, всё внутри нагреется примерно одинаково.

P. S. Корпус черный, как антрацит.

Автор: rx3apf Jul 17 2018, 08:17

"Качество" зеркальности поверхности никаким боком. Для радиационного теплоотвода важна степень черноты поверхности (причем в определенном диапазоне, 8...10 мкм). Пример алюминиевый vs эмалированный чайник. Либо термос.

Ну, совсем никакой конвекция быть не может, разве что в вакууме или невесомости. Что-то будет, но не особо эффективно. А вот радиационный теплообмен становится более актуальным (но не с полигона, а вообще со всей платы и компонентов на ней). Если, конечно, медное покрытие корпуса не будет отражать (такие покрытия обычно имеют достаточно высокую степень черноты).

А о какой мощности и габаритных размерах вообще идет речь ? Если достаточно большие величины - IMHO, имеет. Хоть силиконовую термопрокладку бы на корпус...

Автор: ViKo Jul 17 2018, 08:48

16 Вт, 180х150х35.
Что за прокладка?

Автор: Tanya Jul 17 2018, 08:59

И первое и второе неверно.

Автор: @Ark Jul 17 2018, 09:01

А сколько тепла выделяет ваша м/c? Сколько все устройство? Надо бы оценки сделать, и сопоставить с габаритами корпуса...
По моему, опасаться стоит только локального перегрева в каких-то точках вашей конструкции. Но в ваших условиях - рассчитывать на конвекцию и излучение, я бы не стал. Лучше сделал бы непосредственный тепловой контакт наиболее "горячих точек" платы с металлизацией корпуса.

Автор: AlexandrY Jul 17 2018, 09:01

Я тут провел эксперимент. У меня как раз микросхема с таким открытым от маски падом
Вот температура с открытым падом

Вот температура с падом закрытым черным скотчем.


А вот температура когда плату поставил вертикально


Измерялось с помощью FLIR ONE

Автор: rx3apf Jul 17 2018, 09:05

Стекловолоконная основа, покрытая силиконовой теплопроводящей резиной. То, из чего делают прокладки под транзисторы, например. Бывает 0.5 и как минимум до 1 mm толщиной. Естественно, с увеличением толщины эффективность падает, лучше по минимуму. Теплопроводность, разумеется, много хуже, чем у металла, но хоть что-то.

16 Ватт - это весьма ощутимо, особенно если горизонтально и без вентиляции, надо подумать от теплоотводе. Внутренние пластинчатые радиаторы улучшат радиационную отдачу на корпус. В каких-то CD-драйвах, помню, видел решение теплоотвода - на микросхему (а на силовых там были термоплощадки сверху) полоска такой вот силиконовой прокладки, а в штампованном жестяном корпусе дополнительно небольшие углубления в зонах микросхем, чтобы надежно упирались в прокладки. Ну, в данном случае корпус принципиально другой, но передавать непосредственно на корпус через термоинтерфейс по-любому эффективнее радиационного вариант. Может быть, через промежуточную терморассеивающую пластину.

Автор: ViKo Jul 17 2018, 09:40

Что-то невелика разница. У вас корпус без вентиляции? Конвекции нет?


Наклеить радиаторы на микросхемы? 16 Вт - это общее потребление, распределенное по многим микросхемам.

Автор: Tanya Jul 17 2018, 09:44

Вот и Вы попробуйте поставить в пустой корпус нагреватель...

Автор: ViKo Jul 17 2018, 09:54

Где почитать про первое? По второму - поскольку корпус мал, воздух прогреется в нем быстро до температуры устойчивого состояния, когда мощность, выделяемая электронными компонентами уравняется с мощностью, рассеиваемой поверхностью корпуса. На том конвекция и закончится, практически.


У меня его нет. Будет много позже.


http://electronix.ru/redirect.php?https://www.hrs-heatexchangers.com/ru/resource/comparison-of-laminar-and-turbulent-flow/ нашел. Ок, делаем турбулентность.
http://electronix.ru/redirect.php?https://books.google.by/books?id=8rf-AgAAQBAJ&pg=PA307&lpg=PA307&dq=%D0%BB%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9+%D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BA+vs+%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D1%83%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9+%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0&source=bl&ots=Uc42_ugn-1&sig=6S2UBg9Ce6s0Ts-OKGHk6ToC230&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwilzNqz9aXcAhXLEVAKHS8IBTcQ6AEITDAL#v=onepage&q=%D0%BB%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BA%20vs%20%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D1%83%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0&f=false

Автор: @Ark Jul 17 2018, 10:00

Не закончится. Тепловыделяющие элементы будут всегда существенно горячее чем, корпус. Если нет прямого теплового контакта между ними. Чем хуже теплоотвод - тем больше будет разность температур. Температура тепловыделяющих элементов в "устойчивом состоянии" может Вас не устроить.

Автор: ViKo Jul 17 2018, 10:08

А как же излучение? Разве не оно будет основным переносчиком тепла? Да, температура элементов будет выше, чем у корпуса.
Можно и перфорацию сделать, создать путь для потока воздуха.

Автор: rx3apf Jul 17 2018, 10:11

Я так и думал, что это совокупное потребление достаточно крупной платы. Но на мощные микросхемы радиатор точно не повредит, хоть бы и при полном отсутствии конвективного отвода. Для мелочевки практикуют даже керамические радиаторы (небольшая керамическая пластинка на компаунде). Вариант - штампованная медная пластинка с впаиваемыми ушками-стойками (но это наверняка дороже, и практиковалось на "ушастых" же микросхемах (корпус типа HSOP).



Перфорация тоже не повредит, но эффект будет различаться в зависимости от положения корпуса (вертикально расположенный, если отверстия будут в направлении потока, будет явно в лучших условиях).

Автор: @Ark Jul 17 2018, 10:14

Ну, мы сейчас по второму кругу пойдем...
Перфорацию в корпусе сделать? Если есть возможность - сделать обязательно!
Если нет - то весь корпус вашего устройства должен стать радиатором...

Автор: blackfin Jul 17 2018, 10:21

Ставьте толстую фольгу (http://electronix.ru/redirect.php?http://www.pcbtech.ru/tolschina-materiala) на внутренних слоях и теплоотвод по краям платы на корпус.

Автор: Tanya Jul 17 2018, 10:28

И паяльника нет? А турбулентность трудно сделать в таком корпусе.

Автор: ViKo Jul 17 2018, 10:46

Ничего нет, корпуса нет, платы нет, радиаторов нет, перфорации нет, тепловизора нет, тепловых симуляторов тоже нет. Паяльник есть.


70 мкм могу на внутренних слоях, 35 мкм на внешних. Думал, все по 35 мкм делать. Платка маленькая, далеко тепло отводить некуда.
По ссылке 105 мкм - по запросу, как и 70 мкм в большинстве. Нехай будет 35 мкм.
Для отвода тепла на боковые стенки можно придумать что-то вроде латунных пружинящих контактов...

Автор: Andreas1 Jul 17 2018, 11:02

А не проще залить теплопроводным компаундом? Хотя бы частично.

Автор: ViKo Jul 17 2018, 11:04

Корпус разборный. Как компаунд будет контактировать с корпусом?

Одно уже понял - насчет маски на полигоне на нижнем слое платы мне размышлять совсем не надо.

Автор: blackfin Jul 17 2018, 11:11

Тогда так: http://electronix.ru/redirect.php?http://mt-system.ru/news/panasonic/grafitovaja-podushka-graphite-pad-panasonic-so-sklada-mt-sistems

Автор: Карлсон Jul 17 2018, 16:04

А сколько стоит это графитовое чудо?

Сам пользовался такими, когда надо было тепло от проца (Bay Trail) отвести: http://electronix.ru/redirect.php?http://www.coolera.ru/tovar.php?tovar=13156

Китай, конечно, но с задачей вполне справлялась.

Автор: _4afc_ Jul 17 2018, 19:06

Тепло отводится только от внешних поверхностей платы.
Утолщение внутренних слоёв лишь уменьшит термосопротивление, если затем из них тепло вывести наружу переходными и металлизацией краёв платы.

Вместо 1 слоя 70 всегда можно сделать 2 по 35...

Так что:

маску на термоотводы не ставим на наружных слоях
окружаем переходными микросхему вокруг и вдоль по пути отвода тепла
прислоняем корпус через пасту на наружный слой поближе к микросхеме


ПС на моих термоснимках - участки покрытые маской были холоднее... даже переходные ярче горели...

Автор: HardEgor Jul 17 2018, 19:25

Излучение начнет ощутимо работать когда плата нагреется до 100 градусов и выше.
Самый лучший вариант - прижать плату к корпусу через теплопроводящие прокладки(они продаются листами, например http://electronix.ru/redirect.php?https://nomacon.ru/products/teploprovodyashchie-elektroizolyacionnye-materialy) и промазать между теплопроводящей пастой. А на корпусе можно и оребрение сделать как у радиатора.


Если корпус не герметичный - обязательно.

Автор: Stanislav Jul 18 2018, 00:09

С маской.
Конвекции (поскольку низ) там не будет, тепловое сопротивление маски ничтожно по сравнению с воздухом, а тепловое излучение - гораздо выше, чем голого металла.
Однако, всё это "слёзы", вследствие мизерности эффекта.

Вот этому, как раз, стОит уделить первоочередное внимание.
И теплопроводящие слои меди делать потолще. При возможности - отводить тепло по плате на корпус, но так получается далеко не всегда.


Простите, не прочитал Ваш этот пост сперва, и написал практически то же самое.
Хоть эффект, в данной постановке вопроса, будет ничтожен, но - дело принципа.

Автор: halfdoom Jul 18 2018, 04:09

Если из 16-ти ватт, потребляемых платой, ничего не выводится на наружу электрическим способом, то закрытый пластиковый (или окрашенный металлический) корпус в размер платы без принудительной вентиляции, даст повышение температуры внутри корпуса примерно на 40-50 градусов относительно окружающей среды (при температуре оной 20-25С).

Автор: MapPoo Jul 18 2018, 04:17

А у вас коэффициент черного тела (вроде так оно называется) настраивался при заклеивании? Мы как-то тоже пробовали фотографировать плату.
На фото черные области - вскрытие маски и металлические крышки микросхем. В данном случае, для платы под маской и вскрытого металла одинаковый коэффициент. При том, что температура реально практически одинаковая.
http://electronix.ru/redirect.php?https://postimages.org/

Автор: rx3apf Jul 21 2018, 19:27

Еще подобные фото я видел применительно к температуре блоков питания - донышки электролитических конденсаторов выглядят совершенно холодными (температура окружающей среды), а там, где начинается термоусадка - очень даже тепленькие, каковыми и являются.