Hallo, im Wiki-Artikel IGBT http://www.mikrocontroller.net/articles/IGBT gibt's grad ein Hin und Her zwischen den RTh Werten von Kühlkörper und Wärmeleitfolie. Und ich möchte es lieber hier diskutieren, als in der Diskussionsseite des Wikiartikels, oder gar im Änderungslog. Die bisherigen (beispielshaften) Werte von 2K/W eines Kühlkörpers und 0.2K/W einer Wärmeleitfolie wurden vertauscht. Ich bin jedoch der Ansicht, dass in einem Aufbau der thermische Widerstand der Wärmeleitfolie deutlich geringer ist, als der des Kühlkörpers. Beide Beispiele bei Raumtemperatur 20 Grad: A) Rth KK: 2K/W, Folie: 0.2K/W Temperatur des Halbleiters: 130Grad. Temperatur auf der gegenüberliegenden Seite der Wärmeleitfolie, also Oberfläche Kühlkörper: 120Grad. B) Rth KK: 0.2K/W, Folie: 2K/W Temperatur des Halbleiters: 130Grad. Temperatur auf der gegenüberliegenden Seite der Wärmeleitfolie, also Oberfläche Kühlkörper: 30Grad. Was sind denn Werte aus der Praxis?
Wenn ich mir die 2 Datenblätter anschaue und beide auf 10x10cm "normiere", dann würde ich sogar sagen, dass die RThs von KK und Wärmeleitfolie in ähnlichen Dimensionen liegen: http://www.reichelt.de/Profilkuehlkoerper/V-PR173-100/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=35401&GROUPID=3383&artnr=V+PR173%2F100 (1.3K/W) http://www.farnell.com/datasheets/1844663.pdf (1,1K/W, bzw 0.5K/W)
Thermimox schrieb: > Wenn ich mir die 2 Datenblätter anschaue und beide auf 10x10cm > "normiere", Ist unrealistisch. Ein Kühlkörper von (100x160x40)mm^3 ist zwar ein ganz schöner Klotz, aber noch machbar. Kühlkörper bis ungefähr 0.3K/W sind handelsüblich; als mittleren Wert für ein Rechenbeispiel würde ich 2K/W gelten lassen. Die Kontaktfläche eines TO220 oder TO264 ist aber halt so, wie sie ist. Das sind 2...3 cm^2, wenn es gut kommt. 1K/W halte ich für deutlich zu optimistisch. Glimmer kommt ganz gut weg, aber die Datenblatt-Werte für die Wärmeleitfolien finde ich gräuslich bis katastrophal. Bin selber überrascht. Grobe Überschlagsrechnung für die Fischer-Folie von Reichelt liefert ungefähr 4K/W (für 1cm^2, also ungefähr TO220).
Possetitjel schrieb: > die Datenblatt-Werte für die Wärmeleitfolien > finde ich gräuslich bis katastrophal Was erwartest Du ? http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitung Schau Dir mal 'Elektrisch leitfähige Festkörper' und 'Dielektrische Festkörper' an. Ein elektrischer Isolator ohne frei bewegliche Elektronen, ohne Metallgitterbindung kann nur die Unebenheiten überbrücken und damit besser als Luft sein. Warum glaubst Du werden so große Klimmzüge unternommen um mit komplexen Kühlsystemen und Bauteilanbindungen die Wärme wegzubekommen ?
Hallo, ja, ich gebe zu, die 0,2K/W vom Kühlkörper ist schon ein recht guter Wert. Ich komme aus einem Bereich, in dem auch mehrere kW kein Problem sind. Unabhängig davon sind 0,2k/W schon mit einem "kleinen" Kühlkanal mit Luft-Zwangskühlung erreichbar, [http://de.rs-online.com/web/p/kuhlkorper/6920663/]. Als nächstes such bitte mal nach elektrisch isolierenden Folien (nein, nicht die mit Kohlenstoff Nanopartikel, die sind VIEL zu teuer und besitzen keine elektrische Isolationsfähigkeit) mit einer "1" vor dem Komma - immer bezogen auf einen TO220. Wenn Du bereit bist Geld auszugeben, dann findest Du unter Anderem 1,2..1,4K/W - laut Datenblatt - und wenn man das dann Aufbaut, mißt und nachrechnet, sind es ca 1,7..2,0 K/W. Auch hier wiederum aufpassen, denn der Wert sollte kein "Zufallserfolg" sein, sondern reproduzierbar. Warum gibts die Unterschiede von "Datenblatt" zu "Realität"? 1. Der Wärmeübergang von Gehäuseboden IN die Folie und von Folie IN den Kühlköfper ist nicht Bestandteil des Datenblattwertes, und sowohl von der Oberfläche des Kühlkörpers, als auch von Struktur und Beschaffenheit der Folienoberfläche abhängig. 2. Oft werden Angaben mit Gehäuseformen bzw. der Fläche eines Bauteiles (z.B. TO220 = ca 1,6cm) gemacht, aber die WIRKSAME Gehäusefläche eines TO220 ist im Bereich von ca 1cm² siehe [Beitrag "Re: Suche Schaltplan Labornetzteil Conrad NG-302"]. Die Kunststoffpressmasse hat eine deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit und kann gegenüber Kupfer fast ignoriert werden. Fazit: - Wenn Du eine gute Isolierfolie Dein Eigen nennst, dann kannst Du die 2k/W schaffen. Wenn Du es nicht glaubst, bitte miß nach... ich habs gemacht. - Den Wert kann man jedoch nicht einfach mit der des Kühlkörpers tauschen... außerdem fliegt dann die gesamte Berechnungskette DES BEISPIELS nicht mehr, da die Bauteiletemperatur dann zu hoch wird.
Eine handeluebliche Kaptonfolie (77um) fuer einen TO247, TO218, TO248 (21 x 24mm) ist mit ca 0.2 K/W spezifiziert. Man muss ja keinen gepressten Muell verwenden .. :-)
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Jetzt Nicht schrieb: > Eine handeluebliche Kaptonfolie (77um) fuer einen TO247, TO218, TO248 > (21 x 24mm) ist mit ca 0.2 K/W spezifiziert. hast Du nen Link auf ein konkretes Datenblatt? Wie sieht es da dann mit der Isolation aus? Es geht hier um den IGBT-Artikel, das impliziert mindestens ein paar Hundert Volt.
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Bedeutet das dann für die Praxis, dass bei einer Wärmeleitfolie mit 2K/W ein Kühlkörper mit 10mal besserem Rth eigentlich überdimensioniert ist?
Michael Knölke schrieb: > Possetitjel schrieb: >> die Datenblatt-Werte für die Wärmeleitfolien >> finde ich gräuslich bis katastrophal > > Was erwartest Du ? Ich habe nichts spezielles erwartet. Ich war einfach nur überrascht. Passiert Dir das nie?
@ Autor: Gerd E. (robberknight) >> Jetzt Nicht schrieb: >> Eine handeluebliche Kaptonfolie (77um) fuer einen TO247, TO218, TO248 >> (21 x 24mm) ist mit ca 0.2 K/W spezifiziert. >hast Du nen Link auf ein konkretes Datenblatt? > >Wie sieht es da dann mit der Isolation aus? Es geht hier >um den IGBT-Artikel, das impliziert mindestens ein paar >Hundert Volt. Aeh. Ja. Die Folie macht 7kV oder so. Datenblatt siehe : http://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/E01.05/Kapton%20Isolierscheiben/PR/KAP218_/index.xhtml Dann einfach die spezifizierten 0.15K/W von 1 quadratzoll auf die effektive Flaeche runterskalieren.
Thermimox schrieb: > Bedeutet das dann für die Praxis, dass bei einer Wärmeleitfolie mit 2K/W > ein Kühlkörper mit 10mal besserem Rth eigentlich überdimensioniert ist? Du hast das Prinzip nicht verstanden.
Jetzt Nicht schrieb: > Eine handeluebliche Kaptonfolie (77um) fuer einen TO247, TO218, TO248 > (21 x 24mm) ist mit ca 0.2 K/W spezifiziert. Ja, ist schon richtig, aber warum nimmt dann nicht jeder Kapton Folie? (auf einen TO220 umgerechnet sind das übrigens auch wieder ca. 1k/W... für die Folie...) @Thermimox: Jeder Wärmeübergangswiderstand = R_th sorgt für eine entsprechende Temperaturerhöhung. Da jedes Bauteil eine zulässige Maximaltemperatur hat, und auch die von Dir gewünschte Lebensdauer der Bauteile direkt von der Temperatur abhängt, muß Du eine "Gesamtlösung" wählen, die zu Deiner Problemstellung paßt. Wenn für Dein Problem die zulässige Bauteiletemperatur d.h. hier die Junction Temperatur 150°C betragen darf, dann wäre in meinem Beispiel auch 1K/W ausreichend gewesen... aber das Beispiel an sich ist nicht falsch. In diesem speziellen Fall wäre dann der Kühlkörper überdimensioniert.
>Du hast das Prinzip nicht verstanden.
Kann sein. Dann erklär mal!
Beispiel: 25Watt. 20°C Raumtemperatur.
Kühlkörper hat bei 0.2K/W dann 25°C
IGBT hat bei der 2K/W Folie dann 75°C
Nehme ich jetzt einen halb so großen KK, wäre der IGBT 80°C heiß. Also
nur 5K mehr. Kaufe ich mir einen sehr sehr großen mit Lüfter, dann kann
ich die Temperatur auf 70°C senken. Mehr aber nicht.
>Was sind denn Werte aus der Praxis?
Völlig unterschiedlich, weil extrem abhängig von der Dicke des
Isolierplättchens bzw. der Isolierfolie. Dickere Wärmeleitfolien aus
Kunststoff leiten erschreckend schlecht. Da ist die Bezeichnung schon
fast Betrug.
Wenn große Isolierabstände gefordert sind, würde ich Al2O3 nehmen. Ein
TO220 mit 1,5mm Dicke bringt es immerhin auf 0,3K/W.
OK. Am Parameter der Folie kann ich natürlich nicht beliebig drehen.
Kai Klaas schrieb: > Wenn große Isolierabstände gefordert sind, würde ich Al2O3 nehmen. Ein > TO220 mit 1,5mm Dicke bringt es immerhin auf 0,3K/W. Stimmt, DAS ist wirklich ein guter Wert für den Durchgangswiderstand. Und welchen Wert erreichst Du mit Wärmeleitpaste zwischen TO220 und Al2O3 und Wärmeleitpaste zwischen Al2O3 und Kühlkörper?
>Und welchen Wert erreichst Du mit Wärmeleitpaste zwischen TO220 und >Al2O3 und Wärmeleitpaste zwischen Al2O3 und Kühlkörper? Wenn die Wärmleitpaste richtig eingesetzt wird, also extrem dünn, sodaß nur die Gaps gefüllt werden, erhöht sich der Wert nicht nenneswert. Wenn aber ein Anfänger Wärmeleitpaste dick wie Butter auf einem Brot aufträgt, ist der gute Wert natürlich futsch! Wärmeleitpaste leitet überhaupt nicht gut, aber natürlich besser als Luft. Deswegen darf man Wärmeleitpaste immer nur extrem sparsam auftragen und muß danach das Bauteil vorsichtig bis zum "Anschlag" andrücken.
Ja, im Prinzip stimme ich Dir zu... die Realität zeigt halt doch einen Einfluß durch die Pampe, denn reproduzierbar dünnes aufbringen ist nur mit großem Aufwand möglich. Eigentlich sollte man nur die Unebenheiten füllen, und den direkten Materialkontakt nicht verhindern. Schau Dir mal an wie Infineon das mit seinen Modulen vorschlägt. Unabhängig davon beforzuge ich Folien, denn so unschöne Themen wie "Pumpeffekt" und "Austrocknung" mit Paste tritt bei den Folien nicht auf.
Naja, von wenig kommt wenig. Wenn ich sicheren Waermekontakt haben will, nehm ich eine Aluplatte, groesser wie der Transistor, 4mm 3 Loecher durch und druecke das Sandwich bestehend aus Kuehlkoerper, Waermepastenfilm, Folie, Waermepastenfilm, Transistor mit 3 M3 Schrauben satt zusammen. Wegen der weggedrueckten Waermepaste muss man noch einmal nachziehen.
Thermimox schrieb: > Kann sein. Dann erklär mal! Du mußt mit Wärmewiderständen Rechnen. Die Wärmewiderstande addieren sich. Nehmen wir an, Du hast ausgerechnet, daß ein Wärmewiderstand von 5K/W ausreicht um Die Wärme Von der Sperrschicht zur Umgebungsluft zu Transportieren. Wenn der Wärmewiderstand Sperrschicht-Gehäuse 1K/W und der Wärmewiderstand der Isolation 1K/W beträgt, dann hast Du für den Kühlkörper noch 3K/W übrig. Wenn Du jetzt mehr Leisung verbraten mußt und du auf einen Wärmewiderstand von 3K/W (Sperrschicht-Umgebungsluft) kommst, hast Du nur noch 2K/W für den Kühlkörper ubrig.
>Ja, im Prinzip stimme ich Dir zu... die Realität zeigt halt doch einen >Einfluß durch die Pampe, denn reproduzierbar dünnes aufbringen ist nur >mit großem Aufwand möglich. Also, bei mir war das noch nie jetzt das ganz große Problem. Man muß einfach die Wärmeleitpaste dünn auftragen und das Bauteil vollständig andrücken, bis alle überflüssige Wärmeleitpaste vollständig herausgedrückt wurde. Die verbleibende Wärmeleitpaste ist dann so dünn, daß ihr Wärmewiderstand praktisch keine Rolle mehr spielt.
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