Lamerskie pytanie o XP-G, jak to się lutuje

[geos]

Witam
Teraz nie mogę znaleźć tego tematu (pamięć już nie najlepsza ) ale midi, robił takie porównania i jeszcze ktoś użył nawet "płynnego metalu" do przyklejenia diody na radiatorze.
Lutując diodę bezpośrednio do radiatora, pomijasz rezystancję termiczną izolatora (np FR4) stosowanego do izolacji elektrycznej padów.

Pozdrawiam

dzięki, w międzyczasie będę szukał tego tematu, może sam jego autor się wypowie. rozumiem, że nie ma "pośredników" w transporcie energii cieplnej, ale chętnie zapoznałbym się z liczbami; przypuszczam, że czy jest to kilka procent czy 40% ma znaczenie.

druga sprawa: na jakie konstrukcyjne korzyści przekłada się decyzja o sposobie montażu?

a) na wielkość radiatora: chyba nie, bo ciągle trzeba tyle samo ciepła rozproszyć.
b) na obniżenie temperatury pracującego układu: chyba tak, bo ciepło jest szybciej odprowadzanie. jeśli to prawda to jakich różnic w temperaturach pracy diody należy się spodziewać? na jakie inne parametry temperatura pracy diody ma wpływ?

i tak dalej. interesuje mnie praktyczny aspekt a liczby pozwalają na ocenę istotności wpływu podjętych decyzji na różne parametry.

geos

[Pyra]

druga sprawa: na jakie konstrukcyjne korzyści przekłada się decyzja o sposobie montażu?

a) na wielkość radiatora: chyba nie, bo ciągle trzeba tyle samo ciepła rozproszyć.
b) na obniżenie temperatury pracującego układu: chyba tak, bo ciepło jest szybciej odprowadzanie. jeśli to prawda to jakich różnic w temperaturach pracy diody należy się spodziewać? na jakie inne parametry temperatura pracy diody ma wpływ?

Ad a. No nie do końca jest tak jak przypuszczasz. Otóż, mniejsze straty w transporcie ciepła, przekładają sie na wyższą możliwą temperaturę radiatora, przy niezmienionej temperaturze struktury.
Załóżmy, że dioda ma mieć 50°C, na MCPCB tracimy 10°C, to radiator powinien mieć 40°C
Jeśli wyeliminujemy MCPCB to albo przy niezmienionych parametrach radiatora na diodzie będzie 40°C, albo będziemy mogli zmniejszyć rozmiar radiatora, bo będzie mógł się rozgrzać do temperatury 50°C, gdyż nie będzie musiał odprowadzać do otoczenia tak szybko ciepła przy tej samej temperaturze diody.
Przykład może nieco ogólny, ale uzmysławia zależności
Rezystancję termiczną charakteryzuje jednostka K/W (°C/W), określająca różnicę temperatur po obu stronach przewodnika (lub izolatora) przy transporcie określonej ilości ciepła. Jest to zależność analogiczna z przepływem prądu i związanymi z tym stratami energii.
W wiki znajdziesz ładny przykład wyliczeń.

Pozdrawiam

[RobRoy]

To może tak kolejno.

phantom, na przewodność cieplną struktury diody nie mam żadnego wpływu (chyba że się zatrudnię w CREE i przekonam Prezesa do zmiany technologii żartuję), więc wpływ mogę mieć tylko na odebranie ciepła od diody, transport tego ciepła i jego rozproszenie.
Czyli przewodzenie ciepła na styku /metal padu termicznego->cyna/ (bo zakładam, że lutujemy cyną), przewodzenie ciepła przez grubość warstwy cyny i przewodzenie ciepła przez styk /cyna->miedź MCPCB/ lub /cyna->metal radiatora/. Wpływ grubości warstwy cyny też ma pewne znaczenie z powodu znacznych różnic w przewodności cieplnej cyny i miedzi.
Przewodność cieplna cyny to ok. 6,6 W/(m*K), [dla porównania miedź 401 W/(m*K)]. Czyli im cieńsza warstwa cyny, tym lepiej.
Ale niezależnie od powyższego, na ilość przekazanego ciepła na wpływ pole przekroju poprzecznego jakim to ciepło przepływa. Ciepło może wypływać z diody polem przekroju padu (pada?) termicznego. Dla XP-G jest to 1,3x3,2 [mm]. Tj. 4,16mm2. Mając już "ciepło w miedzi MCPCB" musimy to ciepło przez ścieżki miedziane (na chwilę zakładam, że laminat jest idealnym izolatorem) przetransportować gdzieś dalej. Nie wiem jaką grubość warstwy miedzi ma MCPCB pod diody Power Led, ale zwykłe płytki drukowane mają grubość warstwy miedzi ok. 35 mikrometrów. Gdyby nawet ścieżka miedziana transportująca ciepło miała szerokość 1,3mm, to przy jej grubości 0,035mm, pole przekroju poprzecznego jest dramatycznie małe.
Laminat MCPCB nie jest oczywiście idealnym izolatorem, ale do przewodnictwa cieplnego miedzi dużo mu brakuje.
Stąd właśnie wszystkie moje dociekliwe pytania.
Bo jak zobaczyłem gdzieś na zdjęciu w net MCPCB, to pierwszą moją myślą było "jak to cholerstwo ominąć".

Piotrek K. i Pyra, jeżeli pad termiczny diody jest obojętny elektrycznie, czy oznacza to, że może być połączony elektrycznie z np. ujemnym padem zasilania i nie wpłynie to na pracę diody?

Sid Gotama, dzięki za link. Jeden z pomysłów który mi przyszedł do głowy na ominięcie MCPCB to właśnie coś podobnego do tego z linku. Aczkolwiek nie do końca.

I jeszcze jedno pytanie. Czy pady elektryczne też się tak samo nagrzewają jak pad termalny? Pewnie też, bo czemu by nie. Ale chętnie wysłucham opinii.

[geos]

mam dodatkowe pytanie: zakładając, że montaż ma być bezpośrednio na radiatorze, czy istnieją inne, skuteczniejsze metody niż lutowanie? przez skuteczność mam na myśli przede wszystkim użycie spoiwa/materiału o dużo większej przewodności cieplnej niż cyna, w drugiej kolejności mam na myśli trwałość połączenia.

pozdrawiam,
geos

[RobRoy]

geos, są nowoczesne bezołowiowe stopy lutownicze, gdzie ołów jest zastąpiony srebrem, miedzią, cynkiem i innymi. Np. Sn95,5Ag3,8Cu0,7 Sn97Cu3
Ale tej cyny jest (powinna być) tak cienka warstwa, że (moim zdaniem) nie ma co sobie głowy zawracać. Jakby tej cyny było milimetr czy dwa grubości, to można by się zastanawiać.

Ja bym chciał przede wszystkim ominąć izolację termiczną laminatu.

[geos]

geos, są nowoczesne bezołowiowe stopy lutownicze, gdzie ołów jest zastąpiony srebrem, miedzią, cynkiem i innymi. Np. Sn95,5Ag3,8Cu0,7 Sn97Cu3
Ale tej cyny jest (powinna być) tak cienka warstwa, że (moim zdaniem) nie ma co sobie głowy zawracać. Jakby tej cyny było milimetr czy dwa grubości, to można by się zastanawiać..

jak się modeluje przepływ ciepła? podobnie do przepływu cieczy, podobnie do błon osmotycznych czy jakoś inaczej?

innymi słowy czy efektywność przekazywania ciepła jest taka jak pozwala najsłabsze ogniwo? bo w przepływie cieczy i osmozie tak właśnie jest, i nie ma znaczenia, że zaraz za "kurkiem" jest potężny basen.

będę wdzięczny za wyjaśnienia w tej sprawie.

pozdrawiam,
geos

[Pyra]

Piotrek K. i Pyra, jeżeli pad termiczny diody jest obojętny elektrycznie, czy oznacza to, że może być połączony elektrycznie z np. ujemnym padem zasilania i nie wpłynie to na pracę diody?

Jak najbardziej

Pozdrawiam

PS: Pady elektryczne raczej w nikłym stopniu przewodzą ciepło.

[Piotrek K.]

Czyli przewodzenie ciepła na styku /metal padu termicznego->cyna/ (bo zakładam, że lutujemy cyną), przewodzenie ciepła przez grubość warstwy cyny i przewodzenie ciepła przez styk /cyna->miedź MCPCB/ lub /cyna->metal radiatora/.

W przypadku użycia MCPCB ciepło ma taką drogę:
-dioda
-cyna
-miedziana ścieżka MCPCB
-izolacyjny laminat MCPCB
-aluminiowe podłoże MCPCB
-pasta lub klej termoprzewodzący
-radiator

W przypadku montażu bez MCPCB ciepło ma taką drogę:
-dioda
-cyna
-radiator

Przewodność cieplna cyny to ok. 6,6 W/(m*K), [dla porównania miedź 401 W/(m*K)]

O ile mi wiadomo przewodność cieplna cyny jest ~10 razy większa od wartości którą podałeś.

EDIT
sprawdziłem na Wikipedii i znalazłem błąd: wersja poprawna i wersja z błędem historia błędnej edycji

[RobRoy]

Piotrek K., jeden z Profesorów na PW powtarzał /dobry inżynier to nie taki który wie wszystko, ale taki który wie gdzie szukać potrzebnych mu informacji/. Też wyznaję tę zasadę. Wiedziałem, że cyna ma sporo gorszą przewodność cieplną od miedzi, a że informacja pasowała do tego co wiedziałem, to nie weryfikowałem.
Pozostaje mi tylko uderzyć się w pierś i powiedzieć Mea culpa

Ale bez względu na powyższe, dobry (idealny) lut powinien w zasadzie tylko wypełniać nierówności i puste przestrzenie na styku dwóch lutowanych powierzchni.
(Trochę na zasadzie analogii do klejenia drewna. Mój (ś.p.) dziadek, z zawodu stolarz, powtarzał zawsze /klej wtedy dobrze trzyma gdy go nima/ Tzn. klejone elementy bardzo dobrze spasowane, a kleju tyle aby tylko wypełnił nierówności drewna)
W każdym razie, czy 6,6 czy 66 [W/(m*K)] to należy dokładać starań, aby warstwa cyny była możliwie cienka.

Pyra, skoro pady elektryczne w minimalnym stopniu przewodzą ciepło, to tym samym upada celowość mojego pomysłu, aby diodę zasilać od góry obudowy, a całą dolną powierzchnię wykorzystać do odbioru ciepła.
Patrząc na diodę (stąd pytania jak dioda wygląda fizycznie z każdej strony) myślałem, aby pad plusa zaizolować od dołu cienką warstwą lakieru elektroizolacyjnego, pad minusa i pad termiczny pozostawić czysty (by nie tracić na przewodnictwie (oporze) termicznym lakieru) i całość na radiator, bez większego rzeźbienia radiatora.
Z radiatora zebrać tylko tyle metalu, aby zalakierowany pad plusa nie powodował odstawania padu termicznego od radiatora. I zasilać diodę od góry.
Ale skoro pady elektryczne nie transportują ciepła, to pozostaje tylko kwestia wygody. Czy "chrzanić się" z rzeźbieniem w radiatorze, czy "chrzanić się" z lutowaniem diody od góry i lakierowaniem dołu.

geos, na błonach osmotycznych się nie znam (poza tym, że znam ogólną zasadę działania), ale przepływ ciepła można (w uproszczeniu) przybliżyć do przepływu prądu. Im grubszy przewód (większy przekrój poprzeczny) którym (prąd lub ciepło) płynie, tym ma łatwiej płynąć. Im większa różnica potencjałów (dla prądu napięć, dla ciepła temperatur) na końcach przewodu, tym (prąd lub ciepło) "chętniej" i w większej ilości przepływa przez przewód. Oczywiście wpływ ma rodzaj materiału przewodu tj. jego rezystywność (elektryczna lub termiczna) czyli jaki materia stawia opór przepływowi (prądu lub ciepła).
Powyższe to przewodność cieplna ciał stałych. W cieczach i gazach dochodzi konwekcja. W gazach, przy wyższych temperaturach dochodzi przekazywanie ciepła na drodze promieniowania. (w niższych temperaturach też, ale w niższych wpływ promieniowania do całkowitego przekazywania ciepła jest na tyle mały, że się pomija w obliczeniach)

[Piotrek K.]

Z tą cyną i 60 razy mniejszą przewodnością cieplną od miedzi coś mi po prostu nie pasowało więc zacząłem drążyć temat

Nie należy jednak zapomnieć że owe 66 W/(m*K) to przewodność dla czystej cyny, a nie dla stopu lutowniczego

Piotrek K., jeden z Profesorów na PW powtarzał /dobry inżynier to nie taki który wie wszystko, ale taki który wie gdzie szukać potrzebnych mu informacji/. Też wyznaję tę zasadę.

zgadza się.

[Pyra]

Pyra, skoro pady elektryczne w minimalnym stopniu przewodzą ciepło, to tym samym upada celowość mojego pomysłu, aby diodę zasilać od góry obudowy, a całą dolną powierzchnię wykorzystać do odbioru ciepła.
Patrząc na diodę (stąd pytania jak dioda wygląda fizycznie z każdej strony) myślałem, aby pad plusa zaizolować od dołu cienką warstwą lakieru elektroizolacyjnego, pad minusa i pad termiczny pozostawić czysty (by nie tracić na przewodnictwie (oporze) termicznym lakieru) i całość na radiator, bez większego rzeźbienia radiatora.
Z radiatora zebrać tylko tyle metalu, aby zalakierowany pad plusa nie powodował odstawania padu termicznego od radiatora. I zasilać diodę od góry.
Ale skoro pady elektryczne nie transportują ciepła, to pozostaje tylko kwestia wygody. Czy "chrzanić się" z rzeźbieniem w radiatorze, czy "chrzanić się" z lutowaniem diody od góry i lakierowaniem dołu.

W tym momencie, jesteś w komfortowej sytuacji, bo możesz sobie dowolnie kombinować
Proponował bym jednak odizolować oba pady elektryczne, bo jeśli podłączysz do driverka z PWM, to w zdecydowanej większości wypadków masz sterowany minus. Jeśli byś połączył go z radiatorem, mogły by wystąpić problemy z odizolowaniem całości od obudowy, p. w celu wyeliminowania połączenia z minusem na obudowie.

Pozdrawiam

[RobRoy]

Piotrek K., tak oczywiście. są to dane dla czystego metalu pierwiastkowego. Ale - podchodząc do tematu nieco filozofią inżynieryjną - dobrze jest wstępnie oszacować "skalę problemu". Uzyskując informacje o znacznie mniejszej przewodności cieplnej cyny (i jej stopów) powinna "zapalić się czerwona lampka" /oho, trzeba zwrócić na to uwagę/. Albo, biorąc pod uwagę znikomą grubość warstwy cyny oszacować /eee... takie tyle, to nie ma co sobie głowy zawracać/.
To "oszacowanie problemu" było na studiach bardzo cenione przez niektórych wykładowców. Aby wstępnie oszacować, czy w ogóle warto coś liczyć, czymś się zajmować.

Pyra, chyba każdy może dowolnie kombinować przy okazji "produkcji" nowego światełka. Dziękuję za przydatną uwagę, dotyczącą izolacji /minusa/. Skoro pady elektryczne nie specjalnie przewodzą ciepło, to ew. izolowanie minusa nie stanowi jakieś straty.
Sądziłem wcześniej, że cała dolna powierzchnia mniej więcej równo przewodzi ciepło, a izolacja lakierem /plusa/ i związane z tym pewne straty, będą /złem koniecznym/.
W sytuacji małego przewodnictwa cieplnego padów elektrycznych, straty na lakierze nie mają większego znaczenia.
Zresztą, biorąc pod uwagę grubość laminatu MCPCB, (który stanowi znaczną oporność cieplną) te kilka mikrometrów grubości lakieru nie ma znaczenia. Bo skoro na MCPCB jest wystarczająco dobre chłodzenie, bezpośrednio na radiatorze będzie chłodziło tym lepiej.

[Piotrek K.]

RobRoy, jeżeli chcesz się jeszcze czegoś o MCPCB dowiedzieć poczytaj sobie TEN bardzo ciekawy temat

Cytat z tego tematu:

Z tabelki wynika, że w Techoservice dostępne sa MCPCB o przewodności 0,25-3 [W/(m*K)].

[rrobsonm]

Jakiej pasty do lutowania używacie? Rozumiem że zawiera ona spoiwo?

[greg]

Pasty do lutowania SMD, czyli sproszkowany stop lutowniczy + kalafonia + rozpuszczalnik. Dostępna w zasadzie wszędzie.