Startseite > E-Mechanik+Passive > Wärmewiderstände im Griff haben

Oberflächenmontierte Bauteile

Wärmewiderstände im Griff haben

28. Februar 2022, 9:00 Uhr | Von Rolf Horn

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Zusammenfassung

Das Leiterplattendesign und die Umgebungsbedingungen der gesamten Baugruppe bestimmen hauptsächlich den Gesamtwärmewiderstand R_thFA. Wie gezeigt, führt ein geringerer Integrationsgrad der wärmeerzeugenden Komponenten auch zu niedrigeren Temperaturen der einzelnen Bauteile. Dies steht im Widerspruch zum anhaltenden Trend zur Miniaturisierung, ist aber in bestimmten Teilbereichen der Platine zu beachten. Neben Änderungen im Leiterplattendesign kann die Wärmeableitung auf Komponentenebene deutlich verbessert werden, indem Schaltungsentwickler optimierte Bauteile auswählen, beispielsweise breitpolige Widerstände (z. B. Chipgröße 0406).

Zudem sind einige grundlegende Aspekte wichtig, um eine Überhitzung bei Anwendungen mit oberflächenmontierbaren Widerständen zu vermeiden:
➔ Die Wärmeabgabe lässt sich durch ein angenähertes Wärmewiderstandsmodell beschreiben und durch Infrarot-Wärmebilder mit ausreichender räumlicher und thermischer Auflösung analysieren.
Der bauteilspezifische innere Wärmewiderstand R_thFC kann experimentell bestimmt werden.
➔ Der resultierende Wärmewiderstand R_thFA umfasst die thermischen Eigenschaften der Widerstandskomponente selbst und der Leiterplatte, einschließlich ihrer Fähigkeit, Wärme an die Umgebung abzugeben. Sie wird im Allgemeinen von den letztgenannten äußeren Einflüssen beherrscht. Die Verantwortung für das Wärmemanagement, insbesondere im Hinblick auf das Leiterplattendesign und die Umgebungsbedingungen der Anwendung, trägt der Schaltungsentwickler.
➔ Die höchste Temperatur wird in der Mitte der Lackoberfläche erreicht, die die Widerstandsschicht bedeckt. Es sollte auf die Lötverbindung geachtet werden. Typischerweise können Temperaturen von etwa 10 K unter der Maximaltemperatur mit Lötschmelztemperaturen, der Bildung intermetallischer Phasen oder der Delaminierung von Leiterplatten in Verbindung gebracht werden. Dies ist insbesondere bei erhöhten Umgebungstemperaturen zu berücksichtigen.
➔ Die Wahl von temperaturstabilen Widerstandskomponenten sowie des Löt- und Leiterplattengrundmaterials ist von entscheidender Bedeutung. Produkte in Automobilqualität wie Dünnfilmchips und MELF-Widerstände (bis zu +175 °C maximale Betriebstemperatur des Films) sind für viele Anwendungen geeignet.
➔ Eine verbesserte thermische Leistung zur Wärmeab- leitung kann erreicht werden durch das Leiterplattendesign (z. B. Basismaterial, Kontaktflächen und Leiterbahnen), Umgebungsbedingungen der gesamten Baugruppe (konvektive Wärmeübertragung), geringeres Integrationsniveau der wärmeableitenden Komponenten und auf Wärmeableitung optimierte Bauteile (breite Anschlusswiderstände).

Jobangebote+ passend zum Thema

Ingenieur/Elektroingenieur/Elektrotechniker als Field Application Engineer

GEYER Electronic GmbH, Planegg

Alle Jobangebote im Elektroniknet Karrierebereich anzeigen

Analogie zwischen elektrischem und thermischem Widerstand
Der elektrische Strom I, der durch einen elektrischen Widerstand R fließt, ist proportional zur Differenz der elektrischen Spannung U1 und U2. Der Wärmestrom P, der durch einen thermischen Widerstand R_th fließt, ist proportional zur Temperaturdifferenz von ϑ₁ und ϑ₂. Ähnlich wie bei elektrischen Widerständen kann der Wärmewiderstand von mehr als einem Objekt in einer Baugruppe durch Netzwerke aus seriellen und parallelen Wärmewiderständen beschrieben werden, wie in den folgenden Gleichungen für zwei Wärmewiderstände dargestellt: $R subscript t h left parenthesis s e r i e s right parenthesis end subscript space equals space R subscript t h 1 end subscript space plus space R subscript t h 2 end subscript 1 divided by R subscript t h left parenthesis p a r a l l e l right parenthesis end subscript space equals space 1 divided by R subscript t h 1 end subscript plus 1 divided by R subscript t h 2 end subscript$

Analogie zwischen elektrischem und thermischem Widerstand

Der elektrische Strom I, der durch einen elektrischen Widerstand R fließt, ist proportional zur Differenz der elektrischen Spannung U1 und U2. Der Wärmestrom P, der durch einen thermischen Widerstand R_th fließt, ist proportional zur Temperaturdifferenz von ϑ₁ und ϑ₂.

Ähnlich wie bei elektrischen Widerständen kann der Wärmewiderstand von mehr als einem Objekt in einer Baugruppe durch Netzwerke aus seriellen und parallelen Wärmewiderständen beschrieben werden, wie in den folgenden Gleichungen für zwei Wärmewiderstände dargestellt:

$R subscript t h left parenthesis s e r i e s right parenthesis end subscript space equals space R subscript t h 1 end subscript space plus space R subscript t h 2 end subscript 1 divided by R subscript t h left parenthesis p a r a l l e l right parenthesis end subscript space equals space 1 divided by R subscript t h 1 end subscript plus 1 divided by R subscript t h 2 end subscript$

Rolf Horn

ist Applikationsingenieur bei Digi-Key Electronics. Seit 2014 ist er in der europäischen technischen Support- Gruppe tätig und in erster Linie für die Beantwortung aller Art von Entwicklungs- und Ingenieurtechnischen Fragen von Endkunden in DACH (Deutschland, Österreich & Schweiz) und BeNeLux (Belgien, Niederlande & Luxemburg) sowie für das Schreiben und Korrekturlesen von deutschen Artikeln und Blogs auf den Plattformen TechForum und maker.io von DK zuständig.