Tin tức

Kích thước tản nhiệt tiêu chuẩn cho TO-220, TO-247 và các gói công suất phổ biến

Kích thước tản nhiệt tiêu chuẩn cho linh kiện đóng gói TO-220 thường là rộng 19,0 mm, sâu 12,7 mm với chiều cao từ 10,0 mm đến 25,4 mm, cung cấp điện trở nhiệt từ 10 đến 25 °C/W trong điều kiện đối lưu tự nhiên. Đối với linh kiện đóng gói TO-247, diện tích tiêu chuẩn là rộng 20,0 mm, sâu 15,0 mm, với chiều cao từ 20,0 mm đến 40,0 mm, đạt được 5 đến 12 °C/W. Các kích thước này không phải là tiêu chuẩn công nghiệp cố định mà được suy ra từ khoảng cách chân linh kiện, mô hình lỗ khoan lắp đặt và yêu cầu tiêu tán công suất của các ứng dụng điển hình, điều mà BQUQ đã hoàn thiện qua 20 năm sản xuất gia công CNC và dập.

Hình Dạng Linh Kiện và Các Ràng Buộc Lắp Đặt

Kích thước vật lý của linh kiện đóng gói TO-220 và TO-247 quyết định diện tích bề mặt tiếp xúc tối thiểu của tản nhiệt. Linh kiện TO-220 có bước chân là 2,54 mm và đường kính lỗ khoan lắp đặt là 3,2 mm (dành cho vít M3), với tâm của phần tab cách mép linh kiện 3,7 mm. Do đó, bề mặt lắp đặt của tản nhiệt phải cung cấp một vùng phẳng tối thiểu là 15,0 mm x 10,0 mm để chứa phần tab mà không gây cản trở đến các chân linh kiện. Linh kiện TO-247 lớn hơn, với bước chân là 5,08 mm và lỗ khoan lắp đặt là 3,5 mm (M3.5), yêu cầu một bề mặt phẳng tối thiểu là 20,0 mm x 15,0 mm. Các tản nhiệt tiêu chuẩn từ BQUQ được làm từ nhôm định hình 6063-T5, với dung sai độ phẳng là 0,05 mm trên toàn bộ bề mặt lắp đặt, đảm bảo độ nén của vật liệu tản nhiệt (TIM) từ 0,05 đến 0,10 mm.

Mối Tương Quan Giữa Điện Trở Nhiệt và Tiêu Tán Công Suất

Kích thước tản nhiệt yêu cầu là một hàm số trực tiếp của ngân sách nhiệt từ điểm nối đến môi trường xung quanh. Đối với một linh kiện TO-220 có nhiệt độ điểm nối tối đa là 150 °C hoạt động ở nhiệt độ môi trường 50 °C, tổng mức tăng nhiệt độ cho phép là 100 °C. Nếu linh kiện tiêu tán 10 W, tổng điện trở nhiệt (từ điểm nối đến vỏ cộng với từ vỏ đến tản nhiệt cộng với từ tản nhiệt đến môi trường) phải dưới 10 °C/W. Với điện trở nhiệt từ điểm nối đến vỏ thường là 1,5 °C/W và từ vỏ đến tản nhiệt với keo tản nhiệt là 0,5 °C/W, tản nhiệt phải cung cấp 8,0 °C/W hoặc tốt hơn. Một tản nhiệt nhôm định hình tiêu chuẩn có kích thước rộng 19,0 mm, sâu 12,7 mm và cao 25,4 mm với bước fin đơn là 6,0 mm đạt được khoảng 12 °C/W trong điều kiện đối lưu tự nhiên ở mức 10 W. Để đạt được 8 °C/W, chiều cao phải tăng lên 38,0 mm hoặc chiều rộng lên 25,0 mm, đó là lý do tại sao BQUQ dự trữ 12 hồ sơ tiêu chuẩn trong phạm vi này.

Bảng Kích Thước Tản Nhiệt Tiêu Chuẩn cho Các Linh Kiện Phổ Biến

Bảng dưới đây cung cấp các kích thước tham khảo và hiệu suất nhiệt cho các tản nhiệt tiêu chuẩn được sử dụng với các linh kiện công suất xuyên lỗ phổ biến. Các giá trị này dựa trên dữ liệu sản xuất của BQUQ và điều kiện đối lưu cưỡng bức điển hình ở luồng khí 2,0 m/s trừ khi có ghi chú khác.

Tối Ưu Hóa Hình Dạng Fin và Các Hồ Sơ Tiêu Chuẩn

Khoảng cách và độ dày của fin cũng quan trọng như tổng diện tích bề mặt. Đối với đối lưu tự nhiên, BQUQ khuyến nghị bước fin từ 6,0 đến 8,0 mm với độ dày fin từ 1,5 đến 2,0 mm, vì điều này cân bằng giữa diện tích bề mặt bức xạ và lực cản luồng khí. Đối với đối lưu cưỡng bức trên 2,0 m/s, bước fin chặt hơn từ 3,0 đến 4,0 mm giúp tăng diện tích bề mặt lên 40% mà không gây ra tổn thất áp suất đáng kể trong vỏ quạt 60 mm điển hình. Các hồ sơ tiêu chuẩn của BQUQ bao gồm dòng sản phẩm rộng 19,0 mm với 6, 8 hoặc 10 fin, và dòng sản phẩm rộng 25,0 mm với 8, 10 hoặc 12 fin. Dung sai ép đùn cho chiều cao fin là ±0,10 mm, và độ thẳng là 0,5 mm mỗi mét, điều này rất quan trọng cho việc lắp ráp tự động với kẹp lò xo hoặc vít. Đối với TO-247, chiều sâu tiêu chuẩn 15,0 mm cho phép chiều dài fin là 12,0 mm, cung cấp diện tích bề mặt là 85 cm² cho mỗi đoạn dài 25,0 mm, tạo ra con số 5,0 °C/W ở chiều cao 20,0 mm.

Lựa Chọn Vật Liệu và Ảnh Hưởng của Bề Mặt Hoàn Thiện

Nhôm 6063-T5 là vật liệu mặc định cho các tản nhiệt tiêu chuẩn do độ dẫn nhiệt của nó là 201 W/m·K và khả năng ép đùn tuyệt vời. Đối với các tản nhiệt dập khối lượng lớn được sử dụng với TO-220, BQUQ sử dụng nhôm 1100 hoặc hợp kim 5052 với độ dày từ 1,5 mm đến 2,0 mm, giúp giảm chi phí 30% so với ép đùn nhưng làm tăng điện trở nhiệt lên 15% do độ dẫn nhiệt thấp hơn (180 W/m·K đối với nhôm 1100) và diện tích fin giảm. Bề mặt hoàn thiện đóng một vai trò đo lường được: lớp phủ anod hóa trong suốt (8-12 µm) làm tăng hệ số bức xạ từ 0,05 lên 0,85, cải thiện truyền nhiệt bức xạ lên đến 25% trong điều kiện đối lưu tự nhiên. Đối với ứng dụng TO-220 10 W, điều này có thể giảm chiều cao tản nhiệt yêu cầu từ 25,4 mm xuống 20,0 mm. BQUQ áp dụng lớp anod hóa trong suốt tiêu chuẩn cho tất cả các hồ sơ ép đùn mà không tính thêm chi phí cho các đơn hàng trên 500 sản phẩm, với dung sai độ dày là 10 µm ± 2 µm. Nhôm trần chỉ được khuyến nghị cho các hệ thống luồng khí cưỡng bức trên 3,0 m/s nơi mà đối lưu chiếm ưu thế.

Chi Phí và Thời Gian Giao Hàng Theo Sản Lượng

Kích thước tản nhiệt tiêu chuẩn ảnh hưởng đến chi phí đơn vị thông qua việc sử dụng vật liệu và các hoạt động thứ cấp. Đối với một tản nhiệt ép đùn kích thước 19,0 mm x 12,7 mm x 25,4 mm cho TO-220, chi phí nguyên vật liệu thô là khoảng 0,12 USD ở mức giá nhôm hiện tại (2.300 USD/tấn). Với việc cắt, làm sạch ba via và anod hóa, chi phí đơn vị ở mức 1.000 sản phẩm là 0,45 USD. Ở mức 50.000 sản phẩm, con số này giảm xuống còn 0,28 USD nhờ vào việc cắt tự động và anod hóa theo lô. Đối với kích thước tiêu chuẩn TO-247 (20,0 mm x 15,0 mm x 30,0 mm), chi phí đơn vị là 0,65 USD ở mức 1.000 sản phẩm và 0,40 USD ở mức 50.000 sản phẩm. Các lựa chọn dập thay thế cho TO-220 có thể được sản xuất ở mức 0,18 USD cho 100.000 sản phẩm, nhưng yêu cầu đầu tư khuôn dập từ 1.500 đến 3.000 USD. Thời gian giao hàng của BQUQ cho các hồ sơ ép đùn tiêu chuẩn là 3 đến 5 ngày cho mẫu, 10 đến 12 ngày cho 1.000 đến 5.000 sản phẩm, và 18 đến 20 ngày cho 50.000 sản phẩm. Khuôn ép đùn tùy chỉnh có chi phí từ 800 đến 1.200 USD và thêm 15 đến 20 ngày vào thời gian giao hàng.

Khuyến Nghị Thực Tế cho Việc Lựa Chọn Kích Thước Tản Nhiệt Tiêu Chuẩn

Đối với các ứng dụng TO-220 tiêu tán dưới 10 W, hãy chọn tản nhiệt có chiều rộng 19,0 mm và chiều cao 20,0 mm, cung cấp 15 °C/W trong điều kiện đối lưu tự nhiên. Đối với 10 đến 20 W, hãy tăng chiều cao lên 38,0 mm hoặc chuyển sang hồ sơ rộng 25,0 mm, đạt được 8 °C/W. Đối với các linh kiện TO-247 tiêu tán 20 đến 40 W, hãy bắt đầu với hồ sơ rộng 20,0 mm và sâu 15,0 mm ở chiều cao 30,0 mm, cung cấp 6 °C/W. Luôn kiểm tra rằng lỗ khoan lắp đặt được đặt chính giữa bề mặt phẳng với biên tối thiểu 2,0 mm ở mỗi bên để ngăn ngừa nứt mép trong quá trình siết vít. Sử dụng TIM có độ dẫn nhiệt 1,0 W/m·K và độ dày 0,1 mm; điều này thêm 0,5 °C/W, phải được tính vào ngân sách của bạn. Đối với các môi trường rung động cao, hãy chỉ định tản nhiệt có độ sâu lỗ khoan lắp đặt tối thiểu 6,0 mm cho TO-220 và 8,0 mm cho TO-247 để đảm bảo sự ăn khớp ren đầy đủ của vít M3 và M3.5.

Các Câu Hỏi Thường Gặp về Xác Định Kích Thước Tản Nhiệt

H: Tôi có thể sử dụng tản nhiệt TO-220 cho linh kiện TO-247 không? A: Không, tab của TO-247 rộng 20,0 mm so với 15,0 mm của TO-220, và khoảng cách lỗ khoan lắp đặt cũng khác nhau. Sử dụng tản nhiệt nhỏ hơn sẽ khiến các mép của tab không được đỡ, gây ra độ nén TIM không đều và tăng điện trở nhiệt từ 20-30%.

H: Chiều cao tối thiểu cho tản nhiệt TO-220 tiêu chuẩn là bao nhiêu? A: Mức tối thiểu thực tế là 10,0 mm, cung cấp 25 °C/W và xử lý được tối đa 4 W ở mức tăng 100 °C. Dưới chiều cao này, diện tích bề mặt fin quá nhỏ để có hiệu quả, và độ dày đế 3,0 mm chiếm hầu hết hồ sơ.

H: Hướng lắp đặt ảnh hưởng đến kích thước tiêu chuẩn như thế nào? A: Với fin thẳng đứng và linh kiện được lắp theo chiều ngang, hiệu suất đối lưu tự nhiên cải thiện 10-15% so với fin nằm ngang. Nếu tản nhiệt phải được lắp với fin nằm ngang, hãy tăng chiều cao lên 20% hoặc chiều rộng lên 15% để bù đắp.

H: Độ sâu lỗ khoan tiêu chuẩn cho vít M3 là bao nhiêu? A: Đối với tản nhiệt ép đùn, độ sâu lỗ khoan tiêu chuẩn là 6,0 mm cho M3 và 8,0 mm cho M3.5, tương ứng với chiều dài vít 5,0 mm và 6,0 mm. Lỗ sâu hơn (10,0 mm) có sẵn mà không tính thêm chi phí nhưng yêu cầu độ dày đế tối thiểu là 12,0 mm.

H: Lớp phủ anod hóa màu đen có thay đổi kích thước yêu cầu không? A: Không, lớp phủ không thay đổi độ dẫn nhiệt nhưng cải thiện hệ số bức xạ. Với cùng mức tiêu tán công suất, một tản nhiệt anod hóa màu đen có thể ngắn hơn 15% về chiều cao so với phiên bản anod hóa trong suốt trong điều kiện đối lưu tự nhiên, vì bức xạ chiếm 30% tổng lượng truyền nhiệt.

Kết Luận

Kích thước tản nhiệt tiêu chuẩn cho linh kiện đóng gói TO-220 và TO-247 được xác định bởi khung cơ học của linh kiện, điện trở nhiệt yêu cầu cho ứng dụng và quy trình sản xuất được chọn. Đối với TO-220, hồ sơ rộng 19,0 mm và sâu 12,7 mm với chiều cao từ 10,0 mm đến 25,4 mm bao phủ phần lớn các ứng dụng lên đến 15 W. Đối với TO-247, tiêu chuẩn là hồ sơ rộng 20,0 mm và sâu 15,0 mm với chiều cao từ 20,0 mm đến 40,0 mm, xử lý được tối đa 40 W. Việc lựa chọn kích thước chính xác đòi hỏi phải cân bằng ngân sách nhiệt với không gian bo mạch và luồng khí có sẵn, và sản lượng sản xuất quyết định liệu ép đùn hay dập là giải pháp tối ưu về chi phí. BQUQ đã sản xuất các hồ sơ tiêu chuẩn này trong hơn 20 năm, với dung sai kích thước ±0,10 mm và độ phẳng bề mặt 0,05 mm, đảm bảo hiệu suất nhiệt đáng tin cậy trong quá trình lắp ráp điện tử công suất của bạn.

Để có tính toán kích thước tản nhiệt chính xác dựa trên mức tiêu tán công suất và luồng khí cụ thể của bạn, BQUQ cung cấp hỗ trợ kỹ thuật miễn phí với dịch vụ báo giá trong 12 giờ. Gửi tệp thiết kế hoặc yêu cầu của bạn đến sc@bquq.com hoặc liên hệ với chúng tôi qua WhatsApp tại +86 13713157787. Truy cập www.bquq.com để tải xuống bản vẽ hồ sơ tiêu chuẩn và bảng dữ liệu nhiệt.

Bài Viết Liên Quan

• Hướng dẫn gắn tản nhiệt không cần ốc vít: Sử dụng keo tản nhiệt
• So sánh Tản nhiệt Kim loại Dập và Tản nhiệt Đúc khuôn: Chi phí & Chất lượng
• Tản nhiệt IGBT cho xe năng lượng mới, kỹ thuật độ tin cậy của tản nhiệt, tản nhiệt tích hợp ống nhiệt và tấm cân bằng nhiệt, xử lý bề mặt và tăng cường bức xạ nhiệt: anodizing, lớp phủ màu đen và cấu trúc vi nano, graphene / in 3D / quản lý nhiệt thông minh: lộ trình công nghệ tản nhiệt năm 2030