在我当前的项目之一中，我使用D2PAK封装中的MC7805从可用的24 VDC电源生成5 V的逻辑电源。电路所需的电流为250 mA。这导致MC7805的功耗为：

$P=(24\ V-5\ V)*230\ mA=4.37\ W$

必须将PCB组装到带有MC7805的小塑料外壳中。安排是这样的：

因此，像这样的散热器是不可能的。此外，外壳本身的体积很小，并且会发热。

解决该散热问题的第一步是在焊盘上增加通孔，并在PCB的另一侧制作裸露的焊盘。这样，我想消散外壳外部的热量。显然，这还不够好，因为大约一分钟后MC7805的热过载保护装置开始起作用。

因此，我在PCB背面的裸露焊盘上添加了一个小的散热器，现在看来它可以正常工作（散热器仍然很热！）。

除了我的反复试验方法之外，我还想更好地了解这种热设计并对其进行优化（到目前为止，我无法说出结点的温度是多少，因此我不知道这种方法的可靠性如何。 ）。

我已经读过其他几个问题，但到目前为止，我仍然不太清楚（甚至将功率视为电流，将温度视为电压，将电阻视为热阻，热设计始终使我感到困惑...）

因此，对于这种设计，我会有两个问题：

• 使用过孔时，过孔的镀层会传导热量，而过孔中的空气或多或少会被隔离。因此，如果未填充焊料，则需要最大化通孔的铜面积，以最小化上下层的热阻。当我保持阻焊层保持打开状态时，应在通孔上覆盖焊锡膏，并在回流焊接时进行填充。为了使顶层和底层之间的热阻最小，我认为最好具有尽可能大的“孔”面积。这个假设正确吗？

• 有没有一种“令人难以置信的复杂”方式来计算结与底焊盘之间的热阻？

• 如果没有，我可以以某种方式测量此热阻（使用温度传感器吗？

• 由于顶垫和D2PAK外壳也会散发一些热量。我可以（按照电阻的类比）将它们并联吗？该系统的热敏电阻网络如何？

我想进一步优化该散热设计。

我无法增加外壳和PCB的尺寸。

我无法添加粉丝。

我无法增加顶层垫的尺寸。

我已经将底垫的尺寸增加到最大可能的20 mm x 20 mm（上图提到两个垫均为15 mm x 15 mm）。

• 您是否还有其他我可以优化的东西？

好的，首先，我将尝试对热工程学进行一些介绍，因为您说您希望对此有更好的了解。听起来您好像已经了解了这些术语，已经看过一些数学运算，但是还没有形成真正的直观理解，那就是“啊哈！” 灯泡熄灭的那一刻还没有发生。这是一个非常令人沮丧的地方！不用担心，如果坚持下去，您会得到的。

关于导热材料最重要的部分是：

1.就像单向电。因此，让我们使用欧姆定律。

热流就像电流一样，只是没有“返回”，热量总是总是从高电位流向低电位。在这种情况下，潜在的是热能。力量是我们的潮流。并且，方便地，热阻是...电阻。

否则，它是完全相同的。瓦特是您的安培，是您的电流。确实，这是有道理的，因为更多的瓦数意味着更多的热量流动，对不对？就像电压一样，这里的温度是相对的。我们不是在谈论任何一点的绝对温度，而是谈论事物之间的温差或电势差。因此，当我们说某个温度为10°C时，这仅意味着一件事比我们所谈论的另一件事要高10°C。环境温度是我们的“地面”。因此，要将所有这些转换为实际的绝对温度，只需将其添加到任何环境温度之上即可。

像LM7805这样产生热量的事物可以完美地建模为恒流源。因为功率是电流，并且它就像恒定功率设备一样工作，不断产生4.4W的热量，所以就像恒定电流源产生4.4A的热量。就像恒流源一样，恒流源将使温度（如恒流源的电压）升高到维持电流/功率所需的温度。决定电流的因素是什么？热阻！

1欧姆实际上是说，您需要1伏的电位差才能将1A推入其中。同样，尽管单位是时髦的（°C / W），热阻也是如此。1°C / W就像一个Ω。您需要1°C的温差才能将1瓦特的热“电流”通过该电阻。

更好的是，电压降，并联或串联热电路等都是一样的。如果热阻只是沿着热路径（“电路”）的较大总热阻的一部分，那么您可以通过发现热阻的方式完全相同地找到跨任何热阻的“电压降”（温度升高）。电阻两端的压降。您可以为串联1 /（1 / R1 .... 1 / Rn）添加它们，就像为并联电阻添加一样。一切正常，无一例外。

2.但是事情变热需要时间！

欧姆定律不是真正的定律，但最初是一种帝国模型，后来才意识到它只是基尔霍夫定律的直流极限。换句话说，欧姆定律仅适用于稳态电路。对于热学同样如此。我上面写的所有内容只有在系统达到平衡后才有效。 这意味着您已经让耗散功率的所有部件（我们恒定的“电流”电源）都做了一段时间，因此所有部件都达到了固定温度，只有通过增加或降低功率，任何部件的相对温度才会发生变化。

这通常不会花费太长时间，但是它也不是瞬时的。我们可以很清楚地看到这一点，因为事情需要时间来升温。可以将其建模为热容。基本上，它们需要一些时间来“充电”​​，并且您会看到高温物体和凉爽物体之间的温差很大，直到达到平衡为止。您可以将大多数对象视为至少两个串联电阻（例如，一个接触点与另一个接触点，例如焊盘的顶部和底部），并在其间有一个电容器。在这种情况下，这并不是特别相关或有用，在这种情况下，我们关心的只是稳定状态，但我想出于完整性的考虑而提及它。

3.实用性

如果我们将热量等同于电流流动，那么所有流动也都流向哪里？它正在流入环境。出于所有目的和目的，我们通常可以将环境视为一个巨大的，无限的散热器，无论我们将多少瓦特推入其中，它都将保持固定的温度。当然，情况并非如此，房间可能会变热，计算机肯定会给房间加热。但是在5W的情况下就可以了。

结点到外壳的热阻，然后是外壳的焊盘，再到PCB另一侧的焊盘的热阻，底部焊盘到散热器的热阻，最后散热到空气，形成我们的总热回路，所有这些热阻加在一起是我们真正的热阻。您正在查看的那些图，只是在查看一个系统的电阻，而不是整个系统的电阻。从这些图表中，您可能会认为一平方平方的铜会耗散一瓦特，并且只会升高50°C。仅当电路板是神奇的且无限大且永远不会预热时，才如此。所涉及的结点将比电路板温度高50°，但是如果您将电路板加热到200°C，这并没有太大用处。两种方式都超出了工作温度。

不幸的事实是，自然对流冷却物体非常糟糕。散热器具有很大的表面积以增加对流冷却，并且经常经过阳极氧化处理以增加其辐射冷却（黑色物体散发的热量最多，而发光/反射物体散发的热量几乎没有。就像天线一样，善于发射使其具有良好的散热性这就是为什么深色到黑色的东西在阳光下会变得如此热，而闪亮的东西几乎一点都不会变热的原因。但是您会发现大多数散热器对自然对流具有相当高的热阻。检查数据表，通常散热器上的热阻是散热器上一定的最小CFPM空气流的热阻。换句话说，当有风扇在吹空气时。自然对流会很大 热性能较差。

保持结与散热器之间的热阻相对容易。焊点的热阻可忽略不计（尽管焊料本身不是很好的热导体，至少与铜相比），并且铜仅次于银（仅次于普通非异质材料，仅次于银，金刚石，石墨烯等）。导热性更高，但Digikey上也没有）。即使是电路板的纤维级基板，也不容易完全导热。这不好，但也不可怕。

困难的部分实际上是将热量散发到环境中。这始终是瓶颈。以及为什么工程很难。我个人设计了大功率DC / DC转换器（除其他外）。效率不再是您想要的东西，而是您需要的东西。您需要％的效率才能使DC / DC转换器尽可能小，因为它根本无法散发任何额外的废热。在这一点上，单个组件的热阻是没有意义的，无论如何它们都紧密地耦合在一块铜板上。整个模块将加热直至达到平衡。理论上，没有任何单个组件实际上具有足够的热阻来过热，但是作为一块大块物体的整个电路板可能会发热，直到可以拆焊为止。

而且，正如我之前所说，自然对流在冷却物体时确实非常糟糕。它也主要是表面积的函数。因此，一块铜板和一块电路面积相同的电路板对环境的热阻非常相似。铜将使整个热量更加均匀，但是与玻璃纤维相比，它无法再消耗更多的瓦特。

它涉及表面积。而且数字也不好。1 cm ^ c表示约1000°C / W的热阻。因此，相对较大的100mm x 50mm的电路板将为50个正方形，每个正方形为一个平方厘米，每个平行热阻为1000°C / W。因此，该板的环境电阻为20°C / W。因此，在您的功率为4.4W的情况下，无论您在板上进行什么操作，焊盘尺寸，散热过孔等等均无关紧要。4.4W将把该板加热到高于环境温度约88°C。而且没有解决的办法。

散热器的作用是将大量的表面积折叠成很小的体积，因此使用散热器会降低整体的热阻，并且所有物体的热量都会减少。但是所有这些都会变暖。良好的散热设计不仅要控制热量流向，而且要从小部件中消除热量。

您在散热器和机箱设置方面做得很好。但是，您担心错误的事情。没有一种简单的方法来计算通过PCB的焊盘的热阻，但是在您减小递归率之前，它仅占用专用于过孔的焊盘面积的17％左右。通常使用间距为1mm的0.3mm通孔并像这样填充导热垫，这将给您带来尽可能好的效果。只需这样做，您就不必担心实际价值。您只关心整个系统，而不是一个结点。

您确实存在一个问题，即从结点到较大的电路板和表面的热阻会散发热量到环境中，这会导致该组件过热。要么热量不能足够快地散布到其余的散热表面，要么可以，但是没有足够的表面足够快地将其散发到环境中。您已经给出了从LM7805到散热器的低阻抗热路径，从而解决了这两种可能性，散热器本身提供了更大的表面积以及大量的热量散逸空间。

当然，外壳，电路板等最终仍会变热。就像电流一样，它遵循与电阻成比例的所有路径。通过提供较小的总电阻，作为热“电流”源的LM7805不必变得太热，而其他路径将它们之间的瓦特数（“电流”）分摊，最低的电阻路径（散热器）将成比例地获得。更热。通过提供一条穿过散热器的优先热通道，您可以将其他所有物体保持在较低的温度下。但其他所有内容或多或少仍会有所帮助，并且仍会不断升温。

因此，要回答您的特定要点问题： 您不需要测量结到底焊盘的热阻，并且知道它不是有用的信息。它不会改变任何事情，而且您无法真正超越现有能力进行改进。

不建议使用会消耗大量功率的线性稳压器。您的PCB就像加热器一样。这意味着从5.52瓦的功率中，只有1.15的有用功率将使您的效率提高到20.8％。令人震惊的低。

您可以提高效率吗？当然是。如果使用110 / 230VAC电源，则可以使用变压器将电压降低至更合适的电压，然后将其转换为12VDC，然后将其用作输入，然后可以从2.76瓦中使用1.15瓦，从而使效率提高了41.7％。降低输入电压有帮助。当然，您必须了解一个事实，即使它们被视为低压降（LDO）电压调节器，它们在能源方面也不是非常有效。他们之所以这样做，是因为稳压器的各个部分都有电压降。我只会在能量损失非常低并且需要快速解决方案时才使用调节器。

如我所见，由于您已经有24VDC电源，因此此建议可能不是一个选择。好吧，那我总是建议使用开关稳压器。许多制造商提供了很多这样的产品-凌力尔特公司（Linear Technology），Maxxim，TI等。其中大多数都附有一些原理图，可以作为有用的指南。它们中的许多工作都无需进一步调整。只需确保您正确阅读了数据表，然后按应放置的方式放置组件，您可能会获得90％甚至更高的效率。

您是否还有其他我可以优化的东西？

没有过多考虑，我想到了大约10 11 12 13。

1. 导热垫面积
2. 结至外壳热阻
3. 薄板
4. 铜或银填充通孔
5. 导热环氧树脂
6. 印刷电路板
7. 导热胶
8. 裸铜
9. 散热器平面
10. 案例发射率
11. 排气孔
12. 取向
13. 切换台
    

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看来您可能正在使用按热图显示的On Semi。
查看数据表时，最重要的特性是什么？

该设备有两个。

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导热垫面积

On Semi的尺寸较小，只有STS尺寸的73％。

STS pad     12.20 x 9.75 = 118.95
ON Semi pad 10.49 x 8.38 =  87.9062 

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结至外壳热阻

与On-Semi相比，STS的热焊盘热阻接点少40％。

On Semi 5 C°/W
STS     3 C°/W  40% Less 

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薄板

轻松实现两倍或三倍的热导通孔的导热率。

导热系数公式

d距离

使PCB更薄（距离更小）并增加散热孔的导热系数。

层压板厚度：0.003“至0.250”

当前的PCB厚度0.062

降低至0.031无需花费任何费用，而您的热导率就会增加一倍。

370HR PCB材料类似于FR4，但具有较高的温度，但可提供0.020的厚度，且电荷非常合理，它将使电导率增加三倍。

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铜和银填充通孔

PCB制造商一段时间以来一直在进行填充铜的微通孔。
铜的导电性优于空气。

铜或银

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热环氧树脂填充通孔

如果铜对您的供应商和您的钱包不起作用，请用标准的导热环氧树脂填充通孔。导热胶的电导率一直在提高。

非导电填充物的导热系数为0.25 W / mK，而导电浆料的导热系数为3.5-15 W / mK。相反，电镀铜的导热率大于250W / mK。

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导热胶

您可以将板封装在导热材料中。比空气更好。Mean Well对他们的电源（如其HLG系列）做到了。

1. 底部填充剂和密封剂
2. 导热胶粘剂（一件或两件）
3. EMI屏蔽和涂层
4. 导电或导热胶粘剂
5. 非流挂胶或凝胶
6. 导电胶（环氧ECA或有机硅ECA）
7. 高性能环氧树脂，例如低CTE环氧树脂
8. 低CTE胶粘剂
9. 保形涂层或灌封或封装
10. 特殊用途的环氧树脂胶，例如用于LED的光学环氧树脂
11. 热间隙填充材料
12. 导热胶粘剂（一件或两件）
13. RTV密封胶或热固性胶粘剂和密封胶

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印刷电路板

金属芯PCB

有人提到铝PCB。没有人提到铜PCB，一些铝的PCB材料供应商也提供铜代替铝。

固态铜

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裸铜

您的导热垫涂有HASL涂层，为何不使用裸铜。

最担心铜的氧化。我，我喜欢氧化。叫我疯了，但铜的发射率仅约0.04。也就是说，对于抛光铜，氧化铜为0.78，与氧化铝相同。

计算铜垫将耗散多少。

输入组件瓦数，铜面积得到温度。

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散热器平面

可以将内部层与掩埋过孔一起使用以创建扩展平面。热过孔的概念依赖于用作散热器的内部层

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案例发射率

壳体可以由具有高导热性和高发射率的聚合物制成。

导热聚合物

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排气孔

在PCB上钻孔以便循环。排空机箱上的孔。

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取向

你的盒子倒过来了。

底部的散热器最坏。侧面或顶部更好。

这种500瓦的被动冷却设备25.0” L x 15” W x 3” H
安装在设备顶部的散热器。

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切换台

对于线性稳压器，这不是工作。如果使用切换台，则不会出现这些问题。我认为有人将切换器放入78xx或更小尺寸的盒子中。他们在那里，便宜。

只需$ 2.00的开关，带有10µH小型电感器
24V _输入，5V _输出，250mA

物料清单

Cin   TDK          C1005X5R1V225K050BC $0.10
Cout  MuRata       GRM31CR61A226KE19L $0.15
L1    Coilcraft    LPS4018-103MRB  $0.80
Rfbb  Vishay-Dale  CRCW0402383KFKED
Rfbt  Vishay-Dale  CRCW04022M00FKED
Rpg   Vishay-Dale  CRCW0402100KFKED
U1    TI           TPS62175DQCR  $1.00

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为什么没有粉丝？

没有人喜欢粉丝。为什么？

这一个不计入我的十个想法。

“自然对流在冷却物体时确实非常糟糕”的原因是因为它需要空气流动。它并不需要很多。只需少量的气流就可以大大改善状况。

如果正在使用这些30db（A）微型风扇进行一些实验。一个是4.5 cfm，0.32瓦，直径40mm，另一个是13.2 cfm，0.34瓦，直径60mm。

以20瓦，13.2 cfm风扇运行LED

61.2°C和44.6°C（带风扇）

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我正在用90瓦LED测试上述风扇。可怜的是，到目前为止，连接垫已经融化了两次。经历过地狱的生活始于80瓦。使用和滥用。

LED安装到铜条1“ x 0.125” x 12“。

我将风扇放在LED上方铜条的背面。

芥末色的东西是温度计。

该电源是用热环氧树脂封装的电源之一。最高可达600瓦，无风扇。7年保修。

顺便说一句，我尝试了各种热敏电阻，并且我喜欢Vishay NTCLG玻璃封装的玻璃。

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在带有LED的第二张照片中，有一个红色圆圈，那里有一个丑陋的热敏电阻，但它是一个圆圈，指出了Phillips Luxeon Rebel LED的导热垫。该板上安装的LED是Cree XPE。圆圈下方是一个非常悲伤的形状的Luxeon，烧伤了受害者。

现在，这种通向电路板概念另一侧的散热孔对我不起作用。这就是每个LED制造商的建议。我不喜欢被告知该怎么做。

如您所见，我还是这样做了。

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PCB上的散热孔（蓝色圆圈）

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这就是那些散热通孔的效果。

最后一行说明了所有内容。375 mA和129°C。

青色柱是光合活性辐射。最佳效率是在3.5 PAR / W下温度约为45-50°C的情况下，但仅在100mA（1安培额定值的1/10）下发生。因此，热过孔不会切断它。

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这是我要去的所有地方

阻力最小的路径不是通过电路板的背面。

PCB很薄（0.31），很难在铜条下面看到。螺钉穿过导热垫的大块。

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LED散热垫用大量的铜焊接到顶部。2-4盎司铜焊盘的热阻比带散热孔的FR4小得多。

因此，我将PCB安装到铜条上。此处显示的铜排厚度为0.62英寸，宽度为0.5英寸。我已经测试了多种厚度和厚度的产品。

这些是Cree XP-E Deep Photo Red 655nm。

它不止于此。

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这款配备Luxeon Rebel ES皇家蓝450nm LED的灯条的厚度为0.125英寸。

最低抵抗的途径是...

因此，阻力最小的路径是

• 从LED散热垫
• 到PCB导热垫
• 到铜条
• 到圆形铜管

是的，铜管，1/2英寸的水管。

最薄弱的环节是PCB铜垫。它很薄

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铜管的右边是一根被抽水的管。

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水塔

右侧的立管包含将水从底部水箱泵到顶部水箱的管道。

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它值得吗？

当在350mA下烧毁（129°C）的电路板在700mA（Imax）下运行并且结露时，我认为这是值得的。

环境温度23°C，30瓦PCB，LED外壳温度21°C

您对热配置的分析似乎有些不完整-特别是对于铜-空气界面。

您可以像电阻分压器一样处理该问题。您的结到空气是电压（例如70），电流是您需要消散的功率（4.5）。您的整体散热解决方案需要提供15度/瓦或更低的功率。这是所有串联零件的总和，结铜1，铜1铜2，铜2空气。

从引用的图中可以看出，在简单的铜平面上，该设备将难以在3W以上的功率下工作（即使在较大的平面上），因为穿过该平面的热量开始显着增加。计算这并非易事。

在您的情况下，只有PCB的背面可以有效地散热（顶部可能需要一段时间才能达到平衡，但随后会停止吸收能量）。只考虑背面。也许0.5 W会穿过盖子（将其视为并联网络），但电阻会很高，并且所有组件都将保持温暖。

您已经看到散热器需要达到高于15度/瓦的功率。大概10度/瓦将是一个不错的指点，大致了解这对于无源辐射器意味着什么（任何对流气流都可能会有所作为）。这已经意味着散热器表面温度比环境温度高45度。

要判断通孔焊盘的有效性，您确实需要测量PCB两侧之间的温度降。它可以在焊盘的裸露边缘，但可能比散热器的热阻小得多。如果您的目标功率水平可能是2W，那么结果将更为重要，但是您已经知道您需要某种散热器。

人们会犯的一个常见错误-他们不会模仿或看别人的模仿。在最佳情况下，每个基于PCB铜热传导的设计都限制在2 W左右。这是因为铜的横截面非常小。在仿真中，尽管巨大的铜垫上有许多通孔，但它看起来仍然像热元件周围的热点。

我可以建议您购买一些现成的散热器产品，或者建议使用铝（金属芯板）PCB。无论如何，该策略是使空气接触面积最大化，同时减小结点与散热器各点之间的“耐热性”（实际上提高了导热性）。

由于您已将多个问题合并到一个帖子中，而其他问题已经解决了您的其他问题，因此我只给出部分答案。

如果没有，我可以以某种方式测量此热阻（使用温度传感器吗？

您知道流经界面的热量（〜4.4 W）。就像另一个答案所说的那样，如果您等待系统达到平衡，则通过PCB顶部散发的热量将相当低。

$\Delta{}T$

现在，您可以通过将一个除以另一个来至少大致估算电路板的热阻。

由于您已经对自己的问题有答案，所以我想提出一个“实用”的解决方案。
将调节器放在塑料外壳外面。这样，产生的热量将不会影响塑料外壳内部的组件，并且可以更轻松地散发热量-因为它传递的“障碍”更少。