Wie kühlt man einen QFN/MLF32 Leistungs-IC?

[William .. (the_real_william)]

Hi,
ich habe ein Leistungs-IC im QFN32 Package. Da ich ihn mit dem Lötkolben 
löte, hat das von mir gezeichnete PCB eine Through-hole Pad unter dem 
Thermal Pad des ICs. Das Board ist nur zweilagig, und das Pad ist 
vollflächig mit GND ohne Thermals verbunden (siehe Bilder). Das IC 
entwickelt aber relativ viel Wärme, ich würde gerne zusätzlich einen 
Kühlkörper verwenden. Kennt jemand eine elegante Lösung dafür? 
Lötkühlkörper oder was zum drauf-/drunterklemmen?
Die Platine wird auf einen dicken Alublock (6x50x50mm) geschraubt. 
Sollte ich evtl. einfach ein dickes Wärmeleitpad auf den IC oder auf das 
PCB kleben und das so mit dem Alublock verbinden...?
Die komplette Platine wird mit einem Lüfter angeströmt.

Danke für eure Tipps!
William

[Falk B. (falk)]

William .. schrieb:
> ich habe ein Leistungs-IC im QFN32 Package. Da ich ihn mit dem Lötkolben
> löte, hat das von mir gezeichnete PCB eine Through-hole Pad unter dem
> Thermal Pad des ICs.

Uff. Ist der IC so klein oder dein PAD so groß? Normalerweis nimmt man 
da mehrere kleinere THT PADs.

> Das Board ist nur zweilagig, und das Pad ist
> vollflächig mit GND ohne Thermals verbunden (siehe Bilder). Das IC
> entwickelt aber relativ viel Wärme,

Wieviel? 1GW?

> ich würde gerne zusätzlich einen
> Kühlkörper verwenden. Kennt jemand eine elegante Lösung dafür?
> Lötkühlkörper oder was zum drauf-/drunterklemmen?

Es giobt Minikühlkörper, die kann man auf den IC kleben. Oder auf die 
Unterseite.

> Die Platine wird auf einen dicken Alublock (6x50x50mm) geschraubt.

Reicht das nicht?

> Sollte ich evtl. einfach ein dickes Wärmeleitpad auf den IC oder auf das
> PCB kleben und das so mit dem Alublock verbinden...?

BINGO!

[William .. (the_real_william)]

Das Pad ist so groß. Ich muss da ja mit der Lötspitze rein um den IC zu 
verlöten. Mit den kleinen Vias klappt das wohl nicht. Welche 
Verlustleistung da umgewandelt wird weiß ich leider nicht. Finde auch 
keine Angaben im Datenblatt die mir weiterhelfen würden. Bringt so ein 
Minikühlkörper auf der IC Oberseite einen messbaren Unterschied...?
Ist ein massiver Alublock immer besser als ein Kühlkörper mit 10 mal 
weniger Volumen, dafür aber gleicher Oberfläche? Immerhin kann der 
Alublock nur schlecht direkt umströmt werden (wenn da eine PCBA 
draufgeklebt ist), ein Kühlkörper könnte aber direkt im Luftstrom 
verbaut werden (bzw. der Luftstrom könnte direkt auf dem Kühlkörper 
verbaut werden...)

[Pete K. (pete77)]

Normalerweise steht so etwas im Datenblatt oder in einer Application 
Note.

[Stefan P. (form)]

Auf der Rückseite mittig unter dem Chip eine große Kupferfläche mit 
ausgespartem Lötstopplack. Dort ein Kühlkörper aufkleben.
Dein Thermalpad natürlich dann so eben wie möglich löten, damit der 
Kühlkörper noch flächig aufsitzt.

Von oben auf dem Chip selbst kühlen wird vermutlich nichts bringen, da 
die Hitze ja nach unten übertragen wird. Oben ist nur Harz...

[Tom (Gast)]

Kühlkörper auf dem IC bringen in der Regel wenig, weil der Wärmeübergang 
von Die über das Kunststoff-Gehäuse auf den Kühlkörper schlecht ist. 
Besser ist eine gute Wärmeabfuhr über die Platine. Entweder von der 
Unterseite, dann mit Wärmeleitpad zwischen PCB und Kühlkörper. Oder auf 
der Oberseite mit einem auf dem PCB aufgelöteten Kühlkörper. Das muss 
aber im Layout berücksichtigt sein. Fischer hat geeignete KK.

Gruß
Tom

[Olaf (Gast)]

> Das Pad ist so groß. Ich muss da ja mit der Lötspitze rein um den IC zu
> verlöten.

Ich mach immer zwei oder vier kleinere. In eines stecke ich die 
Loetspitze,
in das andere mein Zinn. Wenn ich sehe das der Zinn fluessig wird
weiss ich das unter dem IC alles geschmolzen ist.

Kuehlkoerper kannst du natuerlich aufkleben. Wird aber im Vergleich zu 
Masseflaeche auf der Platine eher wenig bringen.

Olaf

[Gerald B. (gerald_b)]

Das Stichwort zur parametrischen Suche beim Disti deiner Wahl lautet BGA 
Kühlkörper. Gibts ab etwa 10x10mm.
Um exposed Pads auf der Unterseite zu verlöten, bestücke den Chip 
zuerst, indem du Paste aufträgst, den Chip platzierst und das Ganze mit 
etwas Fingespitzengefühl auf dem Cerranfeld lötest.
Ist kein Witz, das mache ich so mit LEDs (Gehäuse 3535) und diversen LED 
Treiber ICs.
Du kannst die Platine auch in Öl packen, da bekommst du die Wärme 
ebenfalls gut mit vom Chip weg, wenn nicht nur ein Pfützchen drauf ist 
;-)

[Falk B. (falk)]

William .. schrieb:
> Das Pad ist so groß. Ich muss da ja mit der Lötspitze rein um den IC zu
> verlöten.

Nö. Die WÄRME muss durch die VIAs, deswegen nennt man sie auch Thermal 
VIAs.

> Mit den kleinen Vias klappt das wohl nicht.

Doch.

> Welche
> Verlustleistung da umgewandelt wird weiß ich leider nicht. Finde auch
> keine Angaben im Datenblatt die mir weiterhelfen würden.

Aha.

> Bringt so ein
> Minikühlkörper auf der IC Oberseite einen messbaren Unterschied...?

Kommt auf den IC an. Die meisten haben ein eher dickes 
Kunststoffgehäuse, da ist der Effekt halt geringer. Die beste Anbindung 
hat man über das Thermal Pad.

> Ist ein massiver Alublock immer besser als ein Kühlkörper mit 10 mal
> weniger Volumen, dafür aber gleicher Oberfläche?

Hä? Nein, massive Metallblöcke sind eher schlechte Kühlkörper, wenn 
gleich sie in gewissen Grenzen OK sind. Der ideale Kühlkörper hat eine 
sehr große Oberfläche.

> Immerhin kann der
> Alublock nur schlecht direkt umströmt werden (wenn da eine PCBA
> draufgeklebt ist),

Eben.

[H. (Gast)]

William .. schrieb:
> Ich muss da ja mit der Lötspitze rein um den IC zu
> verlöten.

Das ist meiner Meinung nach nicht gut. Kann man auch besser machen.

1. Alle Pads etwas(!) vorverzinnen, sowohl Platine als auch am Bauteil.
2. Flux drauf und zwar ordentlich (z.B. amtech nc-559-v2-tf)
3. Platine von unten vorheizen, ich bevorzuge MHP30 (sehr lokal 
begrenzt)
4. Von oben noch etwas Heißluft bis es von alleine zentriert
5. Evtl. nochmal etwas andrücken, fertig.

Alternativ zum Vorverzinnen kann man auch Paste nehmen, mir persönlich 
gefällt das Vorverzinnen besser. Stencil nicht unbedingt notwendig, 
einfach ne Wurst drüberherziehen.

[H. (Gast)]

Die Pads drumherum erscheinen mir viel zu lang, da haut ja das Zinn ab. 
Ist das nach Maßzeichnung des Herstellers oder einfach eine schlechte 
Vorlage von sonstwo kopiert?
Merke: 99% der Eagle-Libs (mitgelieferte und die aus dem Netz) kann man 
getrost vergessen, gerade im Falle von modernen ICs.

[Olaf (Gast)]

> Die Pads drumherum erscheinen mir viel zu lang, da haut ja das Zinn ab.

Die hat er sich als fuer bessere Handloetung so gemacht. Kann man 
machen, klar ist nix fuer produktion und so.

> Merke: 99% der Eagle-Libs (mitgelieferte und die aus dem Netz) kann man
> getrost vergessen, gerade im Falle von modernen ICs.

Das gilt eigentlich immer fuer jedes beliebige Platinenprogramm sobald 
es um Stueckzahlen geht. Jeder wird da mit Pads arbeiten die zu seiner 
Produktion passen.

Olaf