Wo kriegt man Glimmerplättchen für LM3886

Hallo Stefan,

stimmt, die grossen Glimmerplättchen sind ein Problem, müsste man sich bei den versch. Händlern durchwurschteln (gibt ja hier irgendwo eine umfangreiche Liste). Zur Not halt mehrere TO220 Plättchen nebeneinander -- und die Isoliernippel (auf beiden Seiten) nicht vergessen Es gibt auch isolierende Silikon-Pads, die ich aber nicht so gut finde (zu grosser Wärmewiderstand).

Wärmeleitpaste ist KEIN Isolator... aber auch mit Glimmer sollte man die Paste auf beiden Trennflächen anwenden, sonst ist der Wärmewiderstand von Chipoberfläche zum Kühlkörper gleich locker doppelt so gross (~2°C/W statt 1°C/W für direkte Montage, Metall auf Metall, mit Paste). Der LM lebt von einer guten Kühlung. Ich montiere meist den ganzen Kühlkörper isoliert im gut belüfteten Gehäuse, was halt nicht immer praktisch ist, aber einfache Montage und optimale Kühlung erlaut.

Grüße, Klaus

Hi Klaus,

Es gibt auch isolierende Silikon-Pads, die ich aber nicht so gut finde (zu grosser Wärmewiderstand)

Ja, eben, das laß ich nämlich auch schon. Deswegen will ich ja Glimmer...

Bin am überlegen, ich hab hier ein paar ca 10mm dicke Aluplatten rumliegen, ob ich mir da nicht ein paar Streifen raussäge und die LMs unisoliert da dran festschraube. Die Alustücke bau ich dann isoliert an den Kühler, da könnt ich dann auch Silikon nehmen, die Fläche wär ja um ein Vielfaches größer... Nur woher krieg ich so große Stücke von dem Zeug?

Bei Conrad bekommst du auch größere Wärmeleitfolien 20X20cm...
Gucksch Du unter Wärmeleitfolie....

_Stephan_ schrieb:

Bin am überlegen, ich hab hier ein paar ca 10mm dicke Aluplatten rumliegen, ob ich mir da nicht ein paar Streifen raussäge und die LMs unisoliert da dran festschraube. Die Alustücke bau ich dann isoliert an den Kühler, da könnt ich dann auch Silikon nehmen, die Fläche wär ja um ein Vielfaches größer...

Äh, ein Denkfehler, die recht schlechte Wärmeleitfähikeit der Silikonpads kannst du nicht durch eine grössere Fläche ändern, sie bleibt konstant. Wenn deine "Zwischenkühler" nicht nennenswert selber Wärme an Luft ableiten können, bekommst du nur eine längere Zeitkonstante ("thermische Schwungmasse"), bis es dem LM zu heiss wird, wenn er gefordert wird.

Hmm. Jetzt hast Du mich echt verunsichert...

Das kritischste an der Angelegenheit - habe ich jedenfalls in anderen Foren gelesen, wird ja auch viel Müll verbreitet - ist doch der Übergang direkt vom IC.
Wenn ich nun diese Stelle optimal ausführe, nackter IC mit Paste, habe ich doch schonmal das kleinste Nadelöhr eliminiert?
Was hilft mir der Größte KK dahinter, wenn ich die Wärme nicht aus dem Chip kriege?

Oder mal so gesehen:
Ist die Überlegung, das der Übergang von dem Alu-Stück zum eigentlichen KK nicht so kritisch ist, da die Fläche im Vergleich zum Übergang vom IC zum Alu-Stück sehr viel größer ist wirklich falsch?

Ich glaube, ich nehme doch die Isolierte "TF" Version und verzichte auf das letzte bischen Leistung...

Hallo Stefan,

oops sorry, da habe glatt zu schnell einen echten Bock geschossen, peinlich :(, du hast natürlich völlig recht, je grösser die Fläche umso besser der Wärmetransfer, also das kann sehr gut funktionieren mit recht grossflächig verwendeter Silikonfolie o.Ä.. Ich rechne halt typischerweise mit den auf konkret vorgegebene Kontaktflächen bezogenen festen Werten der Hersteller...


Die Angabe des Wärmewiderstands für Bauteile ist in Grad pro Watt (°C/W) und gibt an, wieviel Grad Differenz ("Spannungsabfall") bei einem Wärmefluss ("Strom") von 1W an der Kontaktstelle entstehen. Die Fläche taucht im Wert für einen Übergang bestimmter festgelegter Fläche nicht mehr auf, ist aber für den konkreten Wert in einer bestimmten Anordnung natürlich ein Parameter. D.h. bei Silikonfolie als Halbzeug wird der Wert auf eine nominale Fläche bezogen, auf 1cm^2 oder auf 1"^2.

Der nichtisolierte LM hat z.B. 1°C/W an seiner Kontaktstelle, d.h. er wird pro verbratenem Watt an Wärme intern um 1°C wärmer als an der Kontaktstelle. Die Kontaktstelle hat aber als "Kühlkörper" selber einen hohen Wert von 43°C/W, der Chip wird in freier Luft also pro Watt um 44°C wärmer als die Lufttemperatur.

Ein Kühlkörper hat dagegen bloß z.B. 0.5°C/W in Richtung Luft, eine Montage mit Paste etwa 0.2°C/W, sind zusammen mit dem 1°C/W vom LM also 1.7°/W. Unter die 1.2°C/W für LM und Paste zusammen kommt man halt nicht, das ist der limtierende Faktor, selbst wenn deine Kombo auf, sagen wir, unter 0.3°/W kommen sollte.

Und äh, auch bei der isolierten Version die Paste verwenden, den Kühlkörper so gross wie irgend möglich machen und für optimale Abluftbedingungen sorgen.

-----------------------------------------------------------
Weil es gerade hierher passt, ein Auszug aus meinen Design-Notizen zum LM3886 (weil ich ja in Bälde einen Amp damit bauen will):

...
...
Versorgungsspannung:
Für 50W Sinus an 4 Ohm braucht man gute 14 Veff, also 20 Vp. Der Chip hat bei 4 Ohm und +-25V Ub eine garantierte maximale Ausgangspannung von Ub - 3.5 V, das passt also, mit +-25V Ub, d.h. ein 2x18V Trafo. Peakleistung an 4Ohm sind 100W, Peakstrom sind 5A, beides locker im Rahmen der Nenn-Daten. Rechnen wir im folgenden mit 20Vp als obere zulässige Aussteuerungsgrenze.

4 Ohm-LS dürfen nominal nirgendwo weniger als 3.2 Ohm haben (-20%), rechnen wir mit 3 Ohm, zur Sicherheit. Ergibt dann 133W Peak-Output entspr. 67W Sinus, 6.7A Peak, auch noch für den Chip im Bereich der Nenndaten von 135W und 7A (bzw. es sieht so aus, als ob das das Designziel für die Nenndaten war).

Bei 2 Ohm, was sich manche 4 Ohm-LS in bestimmten Frequenzbereichen erdreisten zu haben, wird es zu knapp:
200W peak, 100W Sinus und 10A-peak (die 10A sind zwar für einmalige 10ms auch OK, als typisch erreichter Wert). Wenn 2 Ohm-Stabiliät unter Last wirklich benötigt wird, muss die Versorgungsspannung reduziert werden... in jedem Fall leiden aber auch noch weitere Daten des Chips bei derart niedrigem Verbraucherwiderstand.

Verlustleistung und Kühlkörper:
Die (theoretische) maximal zulässige Verlustleistung des Chips bei 25°C Gehäusetemp. sind 125W (dann haben die Endtransistoren aber schon 150°C), ergibt sich aus (150[°C]-25[°C])/1[°C/W] = 125[W], die macht wohl auf jeden Fall einen Strich durch die Rechnung, bei 2 Ohm. Also bleiben wir bei 3 Ohm als minimaler Last.

Bei Ohmscher Last und DC oder sehr tiefen Frequenzen ensteht die größte Verlustleistung Pd im Chip, wenn Ua(peak) = Ub/2 ist, also bei 12.5V. Ergibt Pd=52W. Bei Frequenzen oberhalb etwa 50Hz entsteht der Peak bei rund 63%Ub (weil dann im zeitlichen Mittel die 50% erreicht werden), also in unserem Fall bei 15.8Vp oder 11.2Veff. Bei reaktiven Lasten (kapazitiv oder induktiv) sind Strom und Spannung aber nicht mehr in Phase, deshalb wird der maximale Strom bei etwas kleinerer Spannung als der Spitzenspannung gezogen (bei rein reaktiver Last dann, wenn die Spannung ihren Nulldurchgang hat!). Dann haben wir beim maximalen Strom mehr Spannungsabfall über den Endtransistoren und damit mehr Verlustleistung. Ausserdem pumpen Lautsprecher (als Energiepeicher) zeitversetzt Ströme zurück in den Verstärker, die u.U. die Verlustleistung ebenfalls erhöhen. Zur Sicherheit rechne ich mal mit einem Faktor von 1.5 der maximalen DC-Verlustleistung, also knappe 80W(!).

Weiter möchte ich die Durschnittstemperatur der Endtransistoren möglichst niedrig halten, idealerweise unter 100°C, damit die Dauertemperatur-Abregelung des LM3886 noch genug Reserven hat, nämlich weitere mindestens 50°C. Ausserdem rechne ich mit einer Umgebungstemperatur von 40°C. Das ergibt nun für den Kühlkörper, bei optimaler Montage des Chips, folgende Rechnung:
Der Chip hat einen Rth (Sperrschicht <-> Gehäuse) von 1°C/W, die (nichtisolierte) Montage mit Wärmeleitpaste hat etwa 0.2°C/W. Bei 50W Verlustleistung sind das also 60°C Differenz (50W * 1.2°C/W) von Sperrschicht zum Kühlkörper. Das wird also nix mit 100°C max. an der Sperrschicht bei 40°C Umgebung, dazu müsste der Kühlkörper auf konstanten 40°C gehalten werden! Drehen wir den Spiess um: mit einem sehr guten Kühlkörper von 0.3°C/W haben wir einen Summen-Rth von 1.5°C/W, damit eine Differenz (bei 50W) von 75°C, und bei 40°C Umgebung also 115°C im Chip an den Sperrschichten, 65°C am Chipgehäuse und 55°C am Kühlkörper (im Schnitt). Damit gibt es gerade schon keine Reserven mehr bei den angenommenen widrigsten Bedingungen, bei Pd=80W und 40°C Umgebung: 64°C am Kühlkörper, 80°C am Chipgehäuse, 160°C an den Sperrschichten! Denn bei 165°C nominal setzt die thermische Abregelung des Chips ein.

Resümmee: Der Kühlkörper wird so gut/groß wie irgend möglich gemacht, die Kontaktstelle des Chips -- unbedingt in der nichtisolierten Metallversion -- wird mit Wärmeleitpaste optimiert, sonst wird das nix mit sattem Bass und unverzerrtem Signal bei der Worst-Case-Aussteuerung an 3 Ohm mit wiederholten Vollaussteuerungs-Peaks, weil eben die thermische Abregelung des Chips einsetzt, die auch auf dessen normale Strombegrenzung Einfluss nimmt. Die thermische Abregelung (auch die Impulsabregelung mit dem SPiKe-Mechnanismus bei 250°C) und die Strombegrenzung sollen aber nur im echten Fehlerfall passieren (z.B. bei Kurzschluss). Und nur wenn man den Chip nicht ans Limit treibt (speziell thermisch), kann er seine Qualitäten auch voll entfalten.
...
...

Grüße, Klaus

@Klaus:

Deine Berechnungen sind ja ziemlich pessimistisch, aber sicher ist sicher
18V hatte ich auch so angepeilt. Werden wohl mit 8Ohm laufen, aber man will ja flexibel sein.

Als Alternative zu den Alu-Stücken ist mir die Bauform TO218 aufgefallen, da kriegt man normale Glimmerscheiben für und die Masse entsprechen ungefähr dem LM. Die sollten doch eigentlich passen, oder mach ich irgend einen Denkfehler? So wie die hier:

http://www1.conrad.d...atalogs_sub_id=sub12

Hallo Stefan,

Jau, die TO218-Scheibe sollte passen, mit 21mm Breite (etwas knapp zwar) und 24mm Höhe (das reicht dicke, auch das Loch passt).

Zur der isolierenden Silikonfolie bei Conrad sehe ich gerade, dass dort ein Leitwert anstatt eines Widerstandes angegeben wird, nämlich 0.9W/m°C für das ganze 20cmx20cm-Stück, wären dann grossartige 1.11m°C/W, d.h. ein Kilowatt würde nur 1.11°C Differenz erzeugen, wenn die ganze Fläche beidseitig Kontakt zu Metall hat. Das müsste ich nochmal nachprüfen ob das wirklich sein kann...

Mein Pessimismus hat sich bisher bewährt, zumindest für das Prototyping und für Industrieumgebungen. Wenn sich dann beim realen Härtetest herausstellt, dass z.B. der KK doch deutlich kleiner werden darf, freut das alle Beteiligten, ist immer besser wie umgekehrt

Grüße, Klaus

ähmm...
passt grad hierher:

die 10mm dicke Aluplatte...
habe ähnliches bei einer Transistorendstufe getan, Transistoren zunächst isoliert an eine halb so dicke platte geschraubt, dann diese platte (oder: sehrkurztestkühlung) flächig mit Wärmeleitpaste bestrichen und dan 'modular' an den großen Kühlkörper geschraubt.

Hatte geringe befürchtungen das durch einen weiteren Materialübergang die Kühlleistung nicht mehr reicht und so wars dann auch. Der erste kanal war abgefackelt, die platte viel heißer als der lauwarme kühlkörper wo sie angeschraubt war.
oder meine Platte war zu dünn (5mm) Vermutlich ist es am besten, die Transistoren direkt, isoliert anzuschrauben.

grüße!

@falcone
Wenn da wirklich deine Aluplatte deutlich wärmer wurde als der KK, dann hattest du vermutlich eine zu große Rautiefe (Fräß-/Bürstpuren z.B.) und evtl. zuviel Paste, so dass der Wärmewiderstand halt doch größer als erwartet wurde.

Das Problem kenn ich auch von Prozessorkühlkörpern, da muss man auch oft vorher die Kontaktfläche nochmal nacharbeiten/schleifen/polieren. Die Wärmeleitpaste soll nur kleinste Unebenheiten auffüllen, der eigentlich Kontakt Material/Material ist wichtiger.

Werde mal bei Gelegenheit einen Aufbau mit einer etwa 20cmx15cmx10mm Aluplatte versuchen, die mit Silikonfolie vom Haupt-KK isoliert ist, und den Chip/Transistor direkt auf das Alustück montieren.

Bei der Silikon-Folie habe noch mal nachgehakt, und da war ein Misverständnis: der Wärmeleitwert von 0.9[W/m/K] ist der spezifische Wärmeleitwert k des Folienmaterials. Der tatsächliche Rth einer 20cmx15cmx0.13mm Folie ist
Rth = d/(k*A) = (doch sehr gute) 5m°C/W, für die Kontaktfläche des LM aber schon um die 0.7°C/W (erscheint realistisch, aber etwas zu gut).

Isolierte Montage mit Paste+Glimmer+Paste auf sauber planen Oberflächen sollte im Normalfall die angemessenste Lösung sein.

Grüße, Klaus

@KSTR

So ist es. Oberflächen waren auch nicht ganz akkurat, HauptKK Tunnel mit Lüfter, nach dem Abschrauben der Endstufe samt Aluplatte sah ich ungleichmäßige Verteilung der dazwischen gepressten Isolierpaste.

(war mit heißer nadel, experimentell, hätte man besser
machen können, quick&dirty)

Kontaktflächenobacht haben, das ist gut zu wissen.
mit ganz feinem sandpapier unter Wasser? (Schüssel ) den Kühlkörper bearbeiten, oder feiner? Poliermittel sowas wie "Elsterglanz" könnt ich mir auch vorstellen.

ist es empfehlenswert diesen Arbeitsschritt (Kontaktflächen Kühlkörperseits polieren) generell nicht zu vergessen?

die schwarz-exolierte-Schicht, wie funktioniert das, es ist doch von Vorteil oder? Eher beim Wärmeübergang zu luft oder auch zwischen zusammenliegenden Flächen; besser als blanke Metalloberfläche?

Habs auch im umgang mit dem weißen zeug aus der spritze bisher ähnlich wie mit holzkleber gemacht, lieber zuviel als zu wenig.

Habe nochnie Glimmer verwendet, hab daher keinen Verglich, bisher immer diese graue Silikonfolie/Pads. scheint es in verschiedenen Stärken zu geben, oberflächlich völlig glatt und dicker sowie strukturiert (wie feiner leinenstoff) und dünner.
Meiner meinung nach sind die dünneren besser, hab mal einen abgebrannten T vom kühlkörper geschraubt, schwarz, stink-rauchig, doch die Silikonscheibe war unterm Ruß intakt, Hitze hatt sie nicht durchgebrannt..

Hab beim auseinanderschrauben von dingen auch selten Glimmerscheiben gesehen, Industrie verwendet lieber silikon könnte man vermuten?

Das Silikonzeug ist ja flexibel, passt sich beim Anpressdruck den Unebenheiten des KK an, bei schlechten oberflächen (die auch nicht mehr poliert werden) könnte Silikon daher ja durchaus vorteile haben. ?

Grüße, F

falcone schrieb:

lieber zuviel als zu wenig.

Also für Wärmeleitpaste gilt das aber nicht.....

Hallo Falk,

als ich anfing Endstufen zu bauen, hatte ich eine Vorlage ala Dual CV 4400. Der hat große Seitenkühler und für jeweils 1 Endpaar einen Kühlwinkel angeschraubt, wo die BDV 66 / 67 angesetzt sind. Die Lösung erschien mir gut. Laut mitgeschicktem Messchriebs hat sie 2 x 220W sin an 4R. Da dabei eine doch erhebliche Wärme produziert wird und diese eben weg muß - was lag also näher, als diese Bauweise zu übernehmen, zumal nicht mal ein Lüfter eingebaut war.
Leider waren diese Kühler, da auch schon von 88, nirgens im Handel zu bekommen. Auch diese Winkel fehlten.
Kurzum nahm ich Winkel von Conrad (Fischer Elektronik) und einen Kühler ala 250mm x 40mm x 50mm (Reichelt) Man muß ja schließlich den einschlägigen Handel besuchen, benötigt man doch keine 1000 Stück.

Bild:



Nun war die Stufe auf 2 x 400W gezüchtet und wie sich herausstellte, weder Kühler noch Winkel plan.
Das Ergebnis kann man am Thermometer ablesen und zeigt Klaus` Aussage im Bild. Die Temp. ging ohne Probleme bis auf 150°C am TO 3 Kopf und führte dann zur Zerstörung des MJ. Außerdem wird bei diesen Temperaturen niemals mehr der Stromverstärkungsfaktor eingehalten. Dabei ist noch zu erwähnen, daß der Kühler selber nur ca 70°C aufwieß.
Selbst ein absenken der Ub brachte keine Erfolge und wenn, dann fehlt logischerweise die Leistung. Von daher passt das also nicht.

Die Temperatur eines Halbleiters, selbst eines jeden Bauteiles, ist so maßgeblich wie nüscht wieder. Von daher, aus reiner Erfahrung, wenn die Metallteile nicht absolut exakt zusammenpassen gibt es Thermomatsche. Egal ob IC oder diskreter Aufbau - direkt auf den Kühler geschraubt ist immer besser.

Was die Silikonpads betrifft:
Nunja - ihr Übergangswiderstand ist groß. 2 geschnittene T0 220 oder TOP 3 Glimmer tun es besser. Man muß dabei natürlich sehr exakt arbeiten, um nicht die Wärmefläche zu verkleinern. Es gibt aber auch Glimmer für die Japaner ala 2 SC 3264 / 1295. Allerdings weis ich nicht wo. Diese dürften für den LM 3886 auch passen.

Und noch etwas:
Die WLP darf nur ganz dünn aufgetragen werden, sonst wird sie zur Wärmefalle. Der Sinn ist die Porenzustopfung, um die Flächen einander passend zu bekommen. Das geht aber nicht mit 0.5mm tiefen Rissen! Klaus hatte oben schon viel dazu geschrieben. Auch hier gilt - viel hilft nicht viel!

viele Grüße