¿Cómo mantener fresco un regulador lineal sin un disipador térmico real?

No podrás disipar tanto calor con solo rastros de cobre para absorber el calor. (Un SOT-89 también es un paquete muy pequeño, ¿está seguro de que la parte específica de ese paquete específico tiene una clasificación de 3W?)

Uso paquetes de tamaño D-Pak con un montón de cobre en las cuatro capas y matrices de vías para tratar de 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 los requisitos de alta disipación, necesita aletas y aire que se mueven sobre ellas, y, a menos que esté construyendo placas de circuitos de forma diferente a la que sé, necesitará un disipador de calor para obtener esas aletas.     

Me doy cuenta de que esto no es responder a tu pregunta directamente, sino algo que deberías considerar.

En lugar de disipar tanta energía, puede colocar un convertidor de dólar frente a su regulador lineal. Obtenga el rendimiento para obtener un voltaje justo por encima de lo que requiere su regulador lineal.

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

En lo que respecta 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 vas a una tabla de más de 4 capas y tienes el plano de tierra interno, la disipación de calor no será tan buena.

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

Al mirar un dispositivo SOT223, tienen un Rj-a de 91 K / W, lo que significa que de dos a tres vatios se puede esperar una temperatura de aumento de 273 K. Esto cocinará su dispositivo. El Rj-s (resistencia de punto de unión a 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 del ambiente.

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

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

El uso de grandes almohadillas de cobre en cada capa con mucha vía ayudará a transferir el calor. El único otro problema es sujetar la placa de circuito a la carcasa de metal y aplicar suficiente presión y compuesto térmico para que la placa pueda conducir el calor hacia la carcasa.

Al hacer esto, efectivamente se transfiere el calor del componente a la placa y al gabinete. Así que el recinto se convierte efectivamente en el disipador térmico.

Sin un disipador de calor en la placa, reducirá el Rj-a de 91 K / W a un valor más bajo. Cuál es este valor, tendrá que determinar 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 desde menos de un vatio suavemente hasta dos / tres vatios y use un termopar. , registra la temperatura en el tablero y dispositivo. Esto le permitirá calcular el Rj-a del dispositivo en su placa de circuito.

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

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

El otro día hice un regulador de conmutación que también necesitaba un poco de enfriamiento. Estaba en una carcasa TO-263, que es un poco más grande. Pero de todos modos, la hoja de datos de nacional en la página 4 y 5 especificó que con 1 pulgada cuadrada de área de cobre I Tenía una resistencia de enfriamiento de 26C / W. Eso es J-A, que no está tan mal. Si disipa 3W, se agregarían 75C por encima de la temperatura ambiente, lo cual es suficiente. En este caso particular, estaba haciendo el PCB en una máquina de grabado aficionado, por lo que hice el área dos veces más grande porque la conexión de soldadura al pab es más difícil de hacer.

Como se describe en Disipación de energía de perfil bajo , puede ser capaz de desperdiciar algo de calor en otro componente (resistencia ascendente o segundo regulador), por lo que su regulador no tiene que disiparse tanto. Tendrá que hacer los cálculos para los voltajes mínimos y máximos y las cargas mínimas y máximas que espera ver.

Esto puede ser un gran brutal 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 encapsular la placa o el área del dispositivo con un compuesto que tenga una temperatura baja. resistencia. He visto esto hecho con el viejo Araldite para extender la carga térmica. Si la encapsulación se realiza dentro de una caja de metal, entonces también tiene el beneficio de la metalurgia. Eso sí, ¡esto hace que volver a trabajar 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 (lo puede encontrar aquí: enlace ). Este es un conjunto compilado de artículos sobre consideraciones térmicas y de montaje e incluye docenas de huellas para los tipos de paquetes comunes (incluido el SOT-223). También incluye artículos sobre cómo preparar montajes de disipadores de calor 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 echar un vistazo.