TO-220、TO-247および一般的なパワーパッケージ用標準ヒートシンクサイズ
TO-220パッケージの標準的なヒートシンクサイズは、通常、幅19.0mm、奥行き12.7mm、高さ10.0mmから25.4mmで、自然対流時の熱抵抗は10〜25°C/Wです。TO-247パッケージの場合、標準的なフットプリントは幅20.0mm、奥行き15.0mm、高さ20.0mmから40.0mmで、5〜12°C/Wを達成します。これらの寸法は固定された業界標準ではなく、パッケージのリード間隔、取り付け穴パターン、および一般的なアプリケーションの消費電力要件から導き出されたものであり、BQUQは20年にわたるCNC加工とプレス加工の生産を通じてこれらを磨き上げてきました。
パッケージ形状と取り付け制約
TO-220およびTO-247パッケージの物理的寸法は、ヒートシンクの最小接触面積を決定づけます。TO-220パッケージはリードピッチ2.54mm、取り付け穴径3.2mm（M3ネジ用）で、タブの中心はパッケージ端から3.7mmの位置にあります。そのため、ヒートシンクの取り付け面は、リードに干渉せずにタブを収容できるよう、少なくとも15.0mm×10.0mmの平坦領域を提供する必要があります。TO-247パッケージはより大きく、リードピッチ5.08mm、取り付け穴3.5mm（M3.5）で、最低20.0mm×15.0mmの平坦面が必要です。BQUQの標準ヒートシンクはアルミニウム6063-T5の押出材で、取り付け面全体の平坦度公差は0.05mmであり、熱伝導シート（TIM）の適切な圧縮量0.05〜0.10mmを保証します。
熱抵抗と消費電力の相関関係
必要なヒートシンクサイズは、ジャンクションから周囲環境までの熱収支に直接依存します。最高ジャンクション温度150°CのTO-220デバイスが周囲温度50°Cで動作する場合、許容温度上昇は合計100°Cです。デバイスが10Wを消費する場合、総熱抵抗（ジャンクション-ケース間＋ケース-ヒートシンク間＋ヒートシンク-周囲間）は10°C/W未満である必要があります。ジャンクション-ケース間が通常1.5°C/W、グリースを使用したケース-ヒートシンク間が0.5°C/Wであることを考慮すると、ヒートシンクは8.0°C/W以下を提供する必要があります。幅19.0mm、奥行き12.7mm、高さ25.4mmでフィンピッチ6.0mmの標準押出ヒートシンクは、自然対流下で10W時に約12°C/Wを達成します。8°C/Wを達成するには、高さを38.0mmに増やすか、幅を25.0mmに広げる必要があり、そのためBQUQはこの範囲で12種類の標準プロファイルを在庫しています。
一般的なパッケージ向け標準ヒートシンクサイズ表
以下の表は、一般的なスルーホールパワーパッケージで使用される標準ヒートシンクの参考寸法と熱性能を示しています。これらの値はBQUQの生産データに基づき、特に記載がない限り2.0m/sの空気流での代表的な強制対流を想定しています。
| パッケージタイプ | 取り付け穴 | 最小平坦面 (mm) | 標準幅 (mm) | 標準奥行き (mm) | 標準高さ (mm) | 自然対流熱抵抗 (°C/W) | 強制空気2m/s熱抵抗 (°C/W) | 代表的な消費電力 (W) |
| TO-220 | M3、3.2mm | 15.0×10.0 | 19.0 | 12.7 | 10.0〜25.4 | 10.0〜25.0 | 3.0〜8.0 | 5〜15 |
| TO-247 | M3.5、3.5mm | 20.0×15.0 | 20.0 | 15.0 | 20.0〜40.0 | 5.0〜12.0 | 1.5〜4.0 | 15〜40 |
| TO-126 | M2.5、2.7mm | 10.0×8.0 | 12.0 | 8.0 | 8.0〜15.0 | 20.0〜35.0 | 6.0〜12.0 | 2〜6 |
| TO-3（メタルケース） | M3×2、22.0mm間隔 | 30.0×25.0 | 40.0 | 30.0 | 30.0〜60.0 | 3.0〜8.0 | 0.8〜2.5 | 30〜80 |
| TO-218/TO-3P | M3、3.2mm | 20.0×15.0 | 25.0 | 18.0 | 25.0〜45.0 | 4.0〜10.0 | 1.2〜3.5 | 20〜50 |
フィン形状の最適化と標準プロファイル
フィン間隔と厚みは、全体のフットプリントと同様に重要です。自然対流の場合、BQUQはフィンピッチ6.0〜8.0mm、フィン厚1.5〜2.0mmを推奨します。これは放射表面積と通気抵抗のバランスを取るためです。2.0m/s以上の強制対流の場合、3.0〜4.0mmのより狭いピッチにより、一般的な60mmファンシュラウドでの圧力損失を大幅に増加させることなく、表面積を40%増加させます。BQUQの標準プロファイルには、6、8、または10フィンの19.0mm幅シリーズと、8、10、または12フィンの25.0mm幅シリーズが含まれます。フィン高さの押出公差は±0.10mm、真直度は1メートルあたり0.5mmであり、スプリングクリップやネジによる自動組立には重要です。TO-247の場合、標準奥行き15.0mmによりフィン長12.0mmが可能で、25.0mm長さあたりの表面積は85cm²となり、高さ20.0mmで5.0°C/Wの値を達成します。
材料選定と表面処理の影響
アルミニウム6063-T5は、熱伝導率201W/m·Kと優れた押出性により、標準ヒートシンクのデフォルト材料です。TO-220用の大量生産されるプレスヒートシンクには、BQUQは厚さ1.5mm〜2.0mmの1100アルミニウムまたは5052合金を使用しており、押出材と比較してコストを30%削減しますが、熱伝導率の低下（1100の場合180W/m·K）とフィン面積の減少により熱抵抗が15%増加します。表面処理は測定可能な役割を果たします：クリアアルマイト処理（8〜12µm）は放射率を0.05から0.85に向上させ、自然対流における放射熱伝達を最大25%改善します。10WのTO-220アプリケーションでは、これにより必要なヒートシンク高さを25.4mmから20.0mmに低減できます。BQUQは500個以上の注文で、すべての押出プロファイルに標準のクリアアルマイト処理を追加費用なしで施し、厚み公差は10µm±2µmです。裸のアルミニウムは、対流が支配的となる3.0m/s以上の強制空冷システムにのみ推奨されます。
数量別のコストとリードタイム
標準ヒートシンクサイズは、材料利用率と二次加工を通じて単価に影響します。TO-220用の19.0mm×12.7mm×25.4mm押出ヒートシンクの場合、現在のアルミニウム価格（2,300米ドル/トン）での原材料費は約0.12米ドルです。切断、バリ取り、アルマイト処理を含めると、1,000個での単価は0.45米ドルです。50,000個では、自動切断とバッチアルマイト処理により0.28米ドルに低下します。TO-247標準サイズ（20.0mm×15.0mm×30.0mm）の場合、1,000個での単価は0.65米ドル、50,000個では0.40米ドルです。TO-220用のプレス代替品は100,000個で0.18米ドルで生産できますが、1,500〜3,000米ドルの金型投資が必要です。BQUQの標準押出プロファイルのリードタイムは、サンプルで3〜5日、1,000〜5,000個で10〜12日、50,000個で18〜20日です。カスタム押出ダイスは800〜1,200米ドルで、リードタイムに15〜20日追加されます。
標準ヒートシンクサイズ選定の実践的推奨事項
10W未満を消費するTO-220アプリケーションでは、幅19.0mm、高さ20.0mmのヒートシンクを選択してください。これは自然対流で15°C/Wを提供します。10〜20Wの場合、高さを38.0mmに増やすか、8°C/Wを実現する25.0mm幅プロファイルに切り替えてください。20〜40Wを消費するTO-247デバイスの場合、高さ30.0mmの20.0mm幅×15.0mm奥行きプロファイルから始めてください。これは6°C/Wを提供します。取り付け穴が平坦面の中央にあり、各側に少なくとも2.0mmの余白があることを常に確認し、ネジ締め時のエッジ割れを防止してください。熱伝導率1.0W/m·K、厚さ0.1mmのTIMを使用してください。これにより0.5°C/Wが追加され、予算に含める必要があります。高振動環境では、M3およびM3.5ネジの完全なねじ係合を確保するため、TO-220では少なくとも6.0mm、TO-247では8.0mmの取り付け穴深さを持つヒートシンクを指定してください。
ヒートシンクサイズ選定に関するFAQ
Q: TO-220用ヒートシンクをTO-247パッケージに使用できますか？ A: いいえ。TO-247のタブは幅20.0mmでTO-220の15.0mmより広く、取り付け穴間隔も異なります。小さいヒートシンクを使用するとタブの端が支えられず、不均一なTIM圧縮と20〜30%の熱抵抗増加を引き起こします。
Q: 標準TO-220ヒートシンクの最小高さは？ A: 実用的な最小値は10.0mmで、25°C/Wを提供し、100°C上昇時に最大4Wを処理します。この高さ以下ではフィン表面積が小さすぎて効果がなく、ベース厚3.0mmがプロファイルの大部分を占めます。
Q: 取り付け方向は標準サイズにどのように影響しますか？ A: フィンを垂直にし、パッケージを水平に取り付けると、自然対流性能は水平フィンと比較して10〜15%向上します。ヒートシンクをフィン水平で取り付ける必要がある場合は、高さを20%または幅を15%増やして補正してください。
Q: M3取り付けネジの標準穴深さは？ A: 押出ヒートシンクの場合、M3で6.0mm、M3.5で8.0mmが標準で、それぞれ5.0mmおよび6.0mmのネジ長に対応します。より深い穴（10.0mm）は追加費用なしで利用可能ですが、最低ベース厚12.0mmが必要です。
Q: 黒アルマイト処理は必要なサイズを変えますか？ A: いいえ。表面処理は熱伝導率を変えませんが、放射係数を向上させます。同じ消費電力の場合、黒アルマイト処理されたヒートシンクは、自然対流において放射が総熱伝達の30%を占めるため、クリアアルマイト版と比較して高さを15%短くできます。
結論
TO-220およびTO-247パッケージの標準ヒートシンクサイズは、パッケージの機械的エンベロープ、アプリケーションに必要な熱抵抗、および選択された製造プロセスによって定義されます。TO-220の場合、幅19.0mm×奥行き12.7mm、高さ10.0mm〜25.4mmのプロファイルが、最大15Wのほとんどのアプリケーションをカバーします。TO-247の場合、標準は幅20.0mm×奥行き15.0mm、高さ20.0mm〜40.0mmで、最大40Wを処理します。正しいサイズの選択には、利用可能な基板スペースと空気流との熱収支のバランスが必要であり、生産量によって押出とプレスのどちらがコスト最適なソリューションかが決まります。BQUQはこれらの標準プロファイルを20年以上生産しており、寸法公差±0.10mm、表面平坦度0.05mmを実現し、パワーエレクトロニクス組立における信頼性の高い熱性能を保証します。
正確な消費電力と空気流に基づく精密なヒートシンクサイズ計算については、BQUQが12時間の見積もりサービス付きの無料エンジニアリングサポートを提供しています。設計ファイルまたは要件をsc@bquq.comに送信するか、WhatsApp +86 13713157787 までご連絡ください。標準プロファイル図面と熱データシートのダウンロードは www.bquq.com をご覧ください。
