?周末随想：PCB铜皮的面积和热阻
时间：2021-08-19 16:35:15
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[导读]实际的应用中，DFN3*3、DFN5*6、SO8等封装类型的贴片元件，都会在PCB板器件位置的底部铺上一大片铜皮，然后器件底部框架的铜皮焊接在PCB的这一大片的铜皮上，加强散热。理论上，PCB板铜皮铺的面积越大，总热阻就越低，器件的温升就越低。由于PCB板上其他元件及PCB本身尺...
实际的应用中，DFN3*3、DFN5*6、SO8等封装类型的贴片元件，都会在PCB板器件位置的底部铺上一大片铜皮，然后器件底部框架的铜皮焊接在PCB的这一大片的铜皮上，加强散热。理论上，PCB板铜皮铺的面积越大，总热阻就越低，器件的温升就越低。
由于PCB板上其他元件及PCB本身尺寸的限制，散热铜皮铺设的面积也就受到限制，那么铜皮铺设的面积最小要求多少，比较优化？
下面分别以一块10cmX10cm、2OZ覆铜的二层PCB板来做试验，板厚1.5mm，PCB底层覆铜没有通过过孔连接到顶层，将封装为DFN5*6器件AON6152焊接在PCB板，同时AON6152的D极下面分别铺设四种不同尺寸的铜皮：30mm2、100mm2、1000mm2、10000mm2。然后给四块板的AON6152灌入相同的功率，测量AON6152的温升，计算相应的热阻RJA。将AON6152灌入功率减小一半，重复上面的实验，测量其温升，再次计算相应的热阻RJA。
将10cmX10cm的二层PCB板的覆铜改为1OZ，重复上面实验，测量的温度如下图所示。
图1：四种不同散热铜皮尺寸的PCB布局
图2：30mm2铜皮，2OZ覆铜
图3：100mm2铜皮，2OZ覆铜
图4：1000mm2铜皮，2OZ覆铜
图5：10000mm2铜皮，2OZ覆铜
图6：30mm2铜皮，1OZ覆铜
图7：100mm2铜皮，1OZ覆铜
图8：1000mm2的铜皮，1OZ覆铜
图9：10000mm2铜皮，1OZ覆铜
测量及计算的结果汇总如下表所示：
图10：DFN5*6的铜皮尺寸和热阻
上面的实验及计算结果可以得到：
（1）DFN5*6的封装，散热铜皮尺寸小于100mm2时，热阻随着铜皮尺寸的增加，急剧降低；铜皮尺寸大于100mm2后，热阻随着铜皮尺寸的增加，降低比较缓慢，因此，DFN5*6的封装，PCB板上铜皮尺寸比较优化的值大约为100mm2。
（2）增加PCB板覆铜的厚度可以明显的降低热阻，但是厚覆铜会增加PCB的成本。
（3）输入功率增加，热阻会稍有降低。
SO8封装的标准热阻为：RJA=90C/W，RJC=12C/W；Ultra SO8封装的标准热阻为：RJA=50C/W，RJC=2.5C/W。这二种封装PCB铜皮尺寸和对应热阻关系如图11所示。
图11：SO及Ultra SO8的铜皮尺寸和热阻
由于PCB板上其他元件及PCB本身尺寸的限制，散热铜皮铺设的面积也就受到限制，那么铜皮铺设的面积最小要求多少，比较优化？
下面分别以一块10cmX10cm、2OZ覆铜的二层PCB板来做试验，板厚1.5mm，PCB底层覆铜没有通过过孔连接到顶层，将封装为DFN5*6器件AON6152焊接在PCB板，同时AON6152的D极下面分别铺设四种不同尺寸的铜皮：30mm2、100mm2、1000mm2、10000mm2。然后给四块板的AON6152灌入相同的功率，测量AON6152的温升，计算相应的热阻RJA。将AON6152灌入功率减小一半，重复上面的实验，测量其温升，再次计算相应的热阻RJA。
将10cmX10cm的二层PCB板的覆铜改为1OZ，重复上面实验，测量的温度如下图所示。
图1：四种不同散热铜皮尺寸的PCB布局
图2：30mm2铜皮，2OZ覆铜
图3：100mm2铜皮，2OZ覆铜
图4：1000mm2铜皮，2OZ覆铜
图5：10000mm2铜皮，2OZ覆铜
图6：30mm2铜皮，1OZ覆铜
图7：100mm2铜皮，1OZ覆铜
图8：1000mm2的铜皮，1OZ覆铜
图9：10000mm2铜皮，1OZ覆铜
测量及计算的结果汇总如下表所示：
图10：DFN5*6的铜皮尺寸和热阻
上面的实验及计算结果可以得到：
（1）DFN5*6的封装，散热铜皮尺寸小于100mm2时，热阻随着铜皮尺寸的增加，急剧降低；铜皮尺寸大于100mm2后，热阻随着铜皮尺寸的增加，降低比较缓慢，因此，DFN5*6的封装，PCB板上铜皮尺寸比较优化的值大约为100mm2。
（2）增加PCB板覆铜的厚度可以明显的降低热阻，但是厚覆铜会增加PCB的成本。
（3）输入功率增加，热阻会稍有降低。
SO8封装的标准热阻为：RJA=90C/W，RJC=12C/W；Ultra SO8封装的标准热阻为：RJA=50C/W，RJC=2.5C/W。这二种封装PCB铜皮尺寸和对应热阻关系如图11所示。
图11：SO及Ultra SO8的铜皮尺寸和热阻
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