TO-220、TO-247およびその他のパッケージの標準ヒートシンクサイズとは？
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ですが、TO-247パッケージでは、一般的に幅25.4mm、奥行き15.2mm、高さ15.0mmという、より大きな設置面積が必要です。これらの寸法は普遍的な規格ではなく、消費電力、空気流量、熱抵抗の要件に基づいて調整が必要な基本仕様です。自然対流を伴う一般的な10ワットのTO-220アプリケーションの場合、熱抵抗8.0°C/Wの30.0mm×20.0mmのアルミニウム製ヒートシンクが、ジャンクション温度を125°C未満に維持するための実用的な最小サイズです。
TO-220およびTO-247用ヒートシンクの正確な取り付け寸法は？
ヒートシンクを選択する際の主な制約は、取り付け穴パターンです。TO-220パッケージの場合、標準的な取り付け穴間隔は、2本のリード間が2.54mm、取り付け穴とセンターリード間が5.08mmです。標準的な取り付け穴径はM3ネジに対応する3.2mmで、穴の中心間隔は10.0mmです。TO-247パッケージの場合、リード間の取り付け穴間隔は5.08mmに広がり、穴径はM4ネジ用の4.2mmで、中心間隔は15.2mmです。取り付けタブの厚さは、TO-220で1.2mm、TO-247で1.5mmであり、これは必要なヒートシンクのスロット深さ（通常はそれぞれ1.5mmと2.0mm）に直接影響します。
消費電力に応じて必要なヒートシンク表面積はどのくらいですか？
必要な表面積は、温度差を消費電力で割って計算される熱抵抗バジェットに依存します。ジャンクション・ケース間熱抵抗が3.0°C/W、最大ジャンクション温度が150°CのTO-220パッケージを周囲温度25°Cで動作させる場合、10ワットの負荷には、熱抵抗が9.5°C/W以下のヒートシンクが必要です。表面積が約50cm²の自然対流アルミニウム製ヒートシンクは約10°C/Wを提供しますが、2m/sの空気流を備えた強制空冷ヒートシンクは、わずか20cm²の表面積で同じ熱抵抗を達成できます。経験則として、自然対流を使用する場合、消費電力が5ワット増えるごとに、表面積を2倍にする必要があります。
これらのパッケージに最適な性能を提供するヒートシンクのプロファイル形状は？
押出アルミニウム製フィンプロファイルは、TO-220およびTO-247パッケージに最も効率的な形状であり、同じ設置面積の平板と比較して熱性能が30〜40パーセント向上します。幅25.0mm、各フィンが厚さ1.5mm、高さ10.0mmの6フィンを備えた標準的な押出品は、TO-220パッケージの場合、長さ75mmで6.5°C/Wの熱抵抗を提供します。TO-247パッケージの場合、幅40.0mm、各フィンが厚さ2.0mm、高さ15.0mmの8フィンを備えたより広いプロファイルは、同じ長さで4.0°C/Wを実現します。折りたたみフィン設計のプレス加工アルミニウム製ヒートシンクは、5ワット未満の低電力アプリケーションには許容できますが、通常、同じ寸法の押出プロファイルよりも熱抵抗が20パーセント高くなります。
一般的なヒートシンクサイズの標準的な熱抵抗値は？
次の表は、自然対流条件下でTO-220およびTO-247パッケージで使用される標準的なアルミニウム製ヒートシンクサイズの一般的な熱抵抗値を示しています。これらの値は、放射率を0.1から0.9に向上させ、放熱性を約15パーセント低減する黒色アルマイト処理を想定しています。
| パッケージ | ヒートシンクサイズ (mm) | 表面積 (cm²) | 熱抵抗 (°C/W) | 75°C上昇時の最大電力 |
| TO-220 | 19 x 12.7 x 10 | 15 | 15.0 | 5 W |
| TO-220 | 25 x 20 x 15 | 30 | 9.0 | 8 W |
| TO-220 | 30 x 25 x 20 | 50 | 6.0 | 12 W |
| TO-247 | 25.4 x 15.2 x 15 | 35 | 8.0 | 9 W |
| TO-247 | 40 x 30 x 20 | 80 | 4.5 | 16 W |
| TO-247 | 50 x 40 x 30 | 140 | 3.0 | 25 W |
熱界面材料によって必要なヒートシンクサイズが変わるのはなぜですか？
熱界面材料（TIM）は接触抵抗を追加し、全熱抵抗を直接増加させるため、同じ消費電力に対してより大きなヒートシンクが必要になります。グリース付きの乾式マイカ絶縁体の熱抵抗は0.5°C/Wですが、厚さ0.25mmのシリコンパッドは1.0°C/Wを提供し、相変化材料は0.2°C/Wを提供します。グリースの代わりにシリコンパッドを使用する場合、それを補うためにヒートシンクの熱抵抗を10パーセント低くする必要があり、これは表面積の15パーセント増加に相当します。15ワットを超える高電力のTO-247アプリケーションでは、TIMの寄与を0.3°C/W未満に抑えるために、相変化材料の使用または絶縁なしの直接取り付けを推奨します。
標準サイズではなくカスタムヒートシンクを選ぶべきなのはどのような場合ですか？
アプリケーションが非標準の取り付け穴パターン、特定の筐体に合わせるための異形形状、または標準の押出品では対応できない2.0°C/W未満の熱抵抗を必要とする場合、カスタムヒートシンクを選択する必要があります。カスタム押出ヒートシンクの場合、新しいプロファイル金型の工具費は800〜1,500米ドルで、最小注文数量は500個、リードタイムは3〜4週間です。プレス加工のカスタムヒートシンクは、10,000個を超える大量生産でより経済的で、工具費は500〜2,000米ドル、個々の価格は0.05米ドルまで低くなります。100個未満の数量の場合、標準ブロックからカスタムヒートシンクを機械加工するのが最も費用対効果の高いオプションで、通常の価格は1個あたり3〜8米ドル、リードタイムは5日です。
空気流量と向きは標準的なヒートシンクサイズにどのように影響しますか？
強制空冷は必要なヒートシンクサイズを劇的に削減し、2m/sの空気流は自然対流と比較して熱抵抗を50〜60パーセント低減します。自然対流で熱抵抗4.5°C/Wの40 x 30 x 20 mmのヒートシンクは、2m/sの空気流では2.0°C/Wに低下し、同じTO-247パッケージが9ワットではなく20ワットを放散できるようになります。向きも重要です。空気流に対する垂直なフィン配置は、水平なフィンよりも性能が10パーセント向上し、45度の傾きは自然対流性能を15パーセント低下させます。垂直PCBにヒートシンクを取り付ける場合、煙突効果による空気の流れを促進するためにフィンが垂直になるようにし、これにより熱性能を20パーセント向上させることができます。
これらのパッケージ用のヒートシンクを選択する際のよくある間違いは何ですか？
最も一般的な間違いは、取り付けインターフェースの熱抵抗を無視することであり、適切に考慮しないと全熱抵抗に30〜50パーセントが追加される可能性があります。もう一つの頻繁なエラーは、平均電力ではなくピーク消費電力に対して小さすぎるヒートシンクを使用することで、過渡負荷中にジャンクション温度が150°Cの最大値を超える可能性があります。技術者はまた、高度の影響を見落としがちです。自然対流性能は海抜100メートルごとに1パーセント低下するため、1,500メートルでは15パーセント大きなヒートシンクが必要になります。最後に、湿気の多い環境で未処理のアルミニウム製ヒートシンクを使用すると、取り付けインターフェースで腐食が発生し、時間の経過とともに熱抵抗が20パーセント増加する可能性があります。
FAQ
5ワット時のTO-220パッケージの最小ヒートシンクサイズは？
75°Cの温度上昇で5ワットのTO-220パッケージの最小実用ヒートシンクサイズは、19.0mm×12.7mm×10.0mmで、15.0°C/Wの熱抵抗を提供します。このサイズは、周囲温度25°C、自然対流のアプリケーションに適しており、3.0°C/Wのジャンクション・ケース間抵抗により、ジャンクション温度は約115°Cになります。周囲温度が40°Cを超える場合は、ヒートシンクの表面積を30パーセント増やす必要があります。
TO-220とTO-247のパッケージに同じヒートシンクを使用できますか？
取り付け穴間隔（TO-220では10.0mm、TO-247では15.2mm）とタブの厚さ（1.2mm対1.5mm）が異なるため、両方のパッケージに同じヒートシンクを直接使用することはできません。ただし、10.0mmと15.2mmの両方の間隔に対応した複数の取り付け穴パターンを備えたヒートシンクを使用するか、両方のパッケージ幅に対応するユニバーサルクリップを使用することができます。熱性能は異なり、TO-247パッケージの方がジャンクション・ケース間抵抗が低いため、TO-220用に設計されたヒートシンクは、同じ電力ではTO-247には過大なサイズになります。
これらのパッケージ用のプレス加工ヒートシンクと押出ヒートシンクのコスト差は？
プレス加工ヒートシンクは、10,000個を超える数量の場合、1個あたり0.03〜0.15米ドルですが、押出ヒートシンクは同じ数量で1個あたり0.15〜0.50米ドルです。プレス加工ヒートシンクの工具費は500〜2,000米ドルですが、押出ダイスは800〜1,500米ドルであり、非常に大量生産ではプレス加工部品の方が経済的です。100個未満のプロトタイプ数量の場合、機械加工されたアルミニウム製ヒートシンクが1個あたり3〜8米ドルで最も実用的なオプションです。
20ワット時のTO-247パッケージのヒートシンクサイズはどのように計算しますか？
最大ジャンクション温度150°C、周囲温度25°CのTO-247パッケージで20ワットの場合、全熱抵抗は6.25°C/Wでなければなりません。ジャンクション・ケース間抵抗0.5°C/WとTIM抵抗0.2°C/Wを差し引くと、必要なヒートシンク抵抗は5.55°C/Wになります。熱抵抗4.5°C/Wの40 x 30 x 20 mmのヒートシンク、または3.0°C/Wの50 x 40 x 30 mmのユニットは、安全マージンを持って十分な冷却を提供します。
最良の熱性能を提供するヒートシンク仕上げは？
黒色アルマイト処理は最良の熱性能を提供し、放射率が0.1から0.9に増加するため、未処理のアルミニウムと比較して熱抵抗が15パーセント低減します。透明アルマイト処理は性能にほとんど影響を与えませんが、塗装仕上げは熱抵抗を20パーセント低減できますが、剥がれる可能性のある層を追加します。屋外または腐食性環境では、クロメート化成処理が推奨されますが、未処理のアルミニウムに対する熱的利点はありません。
より大きなパッシブヒートシンクの代わりにファン付きヒートシンクを使用すべきなのはどのような場合ですか？
利用可能な基板スペースが限られている場合は、ファン冷却ヒートシンクを使用する必要があります。20 x 20 x 10 mmのヒートシンクと5Vファンは10ワットを放散できますが、パッシブヒートシンクは同じ電力に少なくとも50cm²の表面積が必要です。ファン冷却ヒートシンクは、周囲温度が高い場合や、急速な冷却を必要とする頻繁な過渡負荷がデバイスにかかる場合にも好まれます。ただし、ファンは平均故障間隔40,000時間の信頼性上の懸念をもたらすため、メンテナンスなしで10年の寿命が必要なアプリケーションでは、パッシブヒートシンクが必須です。
少量のカスタム押出ヒートシンクのリードタイムは？
100〜1,000個の少量のカスタム押出ヒートシンクのリードタイムは3〜4週間で、金型製作に1週間、押出、切断、仕上げに2〜3週間かかります。標準押出プロファイルのカスタム長さが必要な場合、リードタイムは1〜2週間で、工具費はかからず、最小注文数量は50個です。緊急の要件には、最大50個の数量で機械加工されたカスタムヒートシンクの5日間エクスプレスサービスを提供しています。
お客様の具体的なヒートシンク要件については、12時間以内の見積もりサービス、無料の熱シミュレーション、設計推奨事項を提供しています。Email: sc@bquq.com、WhatsApp: +86 13713157787、またはwww.bquq.comにアクセスして、TO-220、TO-247、またはカスタムパッケージの冷却ニーズについてご相談ください。
