Tailles standard de dissipateurs thermiques pour TO-220, TO-247 et boîtiers de puissance courants
La taille standard de dissipateur thermique pour les boîtiers TO-220 est généralement de 19,0 mm de large sur 12,7 mm de profondeur, avec une hauteur de 10,0 mm à 25,4 mm, offrant une résistance thermique de 10 à 25 °C/W en convection naturelle. Pour les boîtiers TO-247, l'empreinte standard est de 20,0 mm de large sur 15,0 mm de profondeur, avec des hauteurs de 20,0 mm à 40,0 mm, atteignant 5 à 12 °C/W. Ces dimensions ne sont pas des normes industrielles fixes mais plutôt dérivées de l'espacement des broches du boîtier, des schémas de trous de montage et des exigences de dissipation de puissance des applications typiques, que BQUQ a affinées au cours de 20 ans de production par usinage CNC et emboutissage.
Géométrie du boîtier et contraintes de montage
Les dimensions physiques des boîtiers TO-220 et TO-247 dictent la surface d'interface minimale du dissipateur thermique. Les boîtiers TO-220 ont un pas de broches de 2,54 mm et un diamètre de trou de montage de 3,2 mm (pour vis M3), avec le centre de la patte situé à 3,7 mm du bord du boîtier. Par conséquent, la surface de montage du dissipateur doit fournir une zone plane d'au moins 15,0 mm sur 10,0 mm pour accueillir la patte sans interférer avec les broches. Les boîtiers TO-247 sont plus grands, avec un pas de broches de 5,08 mm et un trou de montage de 3,5 mm (M3,5), nécessitant une surface plane minimale de 20,0 mm sur 15,0 mm. Les dissipateurs thermiques standard de BQUQ sont en aluminium extrudé 6063-T5, avec une tolérance de planéité de 0,05 mm sur la surface de montage, garantissant une compression appropriée du matériau d'interface thermique (TIM) de 0,05 à 0,10 mm.
Corrélation entre résistance thermique et dissipation de puissance
La taille requise du dissipateur thermique est une fonction directe du budget thermique jonction-ambiante. Pour un dispositif TO-220 avec une température de jonction maximale de 150 °C fonctionnant à une température ambiante de 50 °C, l'élévation de température totale admissible est de 100 °C. Si le dispositif dissipe 10 W, la résistance thermique totale (jonction-boîtier plus boîtier-dissipateur plus dissipateur-ambiant) doit être inférieure à 10 °C/W. Étant donné que la résistance jonction-boîtier est typiquement de 1,5 °C/W et celle boîtier-dissipateur avec graisse est de 0,5 °C/W, le dissipateur doit fournir 8,0 °C/W ou mieux. Un dissipateur extrudé standard mesurant 19,0 mm de large, 12,7 mm de profondeur et 25,4 mm de haut avec un pas d'ailettes de 6,0 mm atteint environ 12 °C/W en convection naturelle à 10 W. Pour atteindre 8 °C/W, la hauteur doit augmenter à 38,0 mm ou la largeur à 25,0 mm, c'est pourquoi BQUQ stocke 12 profils standard dans cette gamme.
Tableau des tailles standard de dissipateurs thermiques pour boîtiers courants
Le tableau suivant fournit des dimensions de référence et des performances thermiques pour les dissipateurs thermiques standard utilisés avec les boîtiers de puissance traversants courants. Ces valeurs sont basées sur les données de production BQUQ et la convection forcée typique à 2,0 m/s de flux d'air, sauf indication contraire.
| Type de boîtier | Trou de montage | Surface plane minimale (mm) | Largeur standard (mm) | Profondeur standard (mm) | Hauteur standard (mm) | Résistance thermique convection naturelle (°C/W) | Résistance thermique air forcé 2 m/s (°C/W) | Dissipation de puissance typique (W) |
| TO-220 | M3, 3,2 mm | 15,0 x 10,0 | 19,0 | 12,7 | 10,0 - 25,4 | 10,0 - 25,0 | 3,0 - 8,0 | 5 - 15 |
| TO-247 | M3,5, 3,5 mm | 20,0 x 15,0 | 20,0 | 15,0 | 20,0 - 40,0 | 5,0 - 12,0 | 1,5 - 4,0 | 15 - 40 |
| TO-126 | M2,5, 2,7 mm | 10,0 x 8,0 | 12,0 | 8,0 | 8,0 - 15,0 | 20,0 - 35,0 | 6,0 - 12,0 | 2 - 6 |
| TO-3 (boîtier métallique) | Deux M3, espacement 22,0 mm | 30,0 x 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, 3,2 mm | 20,0 x 15,0 | 25,0 | 18,0 | 25,0 - 45,0 | 4,0 - 10,0 | 1,2 - 3,5 | 20 - 50 |
Optimisation de la géométrie des ailettes et profils standard
L'espacement et l'épaisseur des ailettes sont aussi critiques que l'empreinte globale. Pour la convection naturelle, BQUQ recommande un pas d'ailettes de 6,0 à 8,0 mm avec une épaisseur d'ailettes de 1,5 à 2,0 mm, car cela équilibre la surface de rayonnement avec la résistance au flux d'air. Pour la convection forcée au-dessus de 2,0 m/s, un pas plus serré de 3,0 à 4,0 mm augmente la surface de 40 % sans chute de pression significative dans le carénage de ventilateur typique de 60 mm. Les profils standard BQUQ comprennent la série de 19,0 mm de large avec 6, 8 ou 10 ailettes, et la série de 25,0 mm de large avec 8, 10 ou 12 ailettes. La tolérance d'extrusion pour la hauteur des ailettes est de ±0,10 mm, et la rectitude est de 0,5 mm par mètre, ce qui est critique pour l'assemblage automatisé avec des clips à ressort ou des vis. Pour le TO-247, la profondeur standard de 15,0 mm permet une longueur d'ailettes de 12,0 mm, fournissant une surface de 85 cm² par section de 25,0 mm de longueur, ce qui donne la valeur de 5,0 °C/W à une hauteur de 20,0 mm.
Impact du choix du matériau et de la finition de surface
L'aluminium 6063-T5 est le matériau par défaut pour les dissipateurs thermiques standard en raison de sa conductivité thermique de 201 W/m·K et de son excellente extrudabilité. Pour les dissipateurs emboutis à grand volume utilisés avec le TO-220, BQUQ utilise de l'aluminium 1100 ou un alliage 5052 avec une épaisseur de 1,5 mm à 2,0 mm, ce qui réduit le coût de 30 % par rapport à l'extrusion mais augmente la résistance thermique de 15 % en raison de la conductivité plus faible (180 W/m·K pour le 1100) et de la surface d'ailettes réduite. La finition de surface joue un rôle mesurable : une finition anodisée claire (8-12 µm) augmente l'émissivité de 0,05 à 0,85, améliorant le transfert de chaleur par rayonnement jusqu'à 25 % en convection naturelle. Pour une application TO-220 de 10 W, cela peut réduire la hauteur requise du dissipateur de 25,4 mm à 20,0 mm. BQUQ applique une anodisation claire standard à tous les profils extrudés sans frais supplémentaires pour les commandes supérieures à 500 pièces, avec une tolérance d'épaisseur de 10 µm ± 2 µm. L'aluminium nu n'est recommandé que pour les systèmes à air forcé au-dessus de 3,0 m/s où la convection domine.
Considérations de coût et de délais selon le volume
La taille standard du dissipateur thermique affecte le coût unitaire par l'utilisation des matériaux et les opérations secondaires. Pour un dissipateur extrudé de 19,0 mm x 12,7 mm x 25,4 mm pour TO-220, le coût de la matière première est d'environ 0,12 USD aux prix actuels de l'aluminium (2 300 USD/tonne). Avec la découpe, l'ébavurage et l'anodisation, le coût unitaire à 1 000 pièces est de 0,45 USD. À 50 000 pièces, cela tombe à 0,28 USD grâce à la découpe automatisée et à l'anodisation par lots. Pour la taille standard TO-247 (20,0 mm x 15,0 mm x 30,0 mm), le coût unitaire est de 0,65 USD à 1 000 pièces et de 0,40 USD à 50 000 pièces. Les alternatives embouties pour le TO-220 peuvent être produites à 0,18 USD à 100 000 pièces, mais nécessitent un investissement en outillage de 1 500 à 3 000 USD. Le délai BQUQ pour les profils extrudés standard est de 3 à 5 jours pour les échantillons, 10 à 12 jours pour 1 000 à 5 000 pièces, et 18 à 20 jours pour 50 000 pièces. Les filières d'extrusion personnalisées coûtent 800 à 1 200 USD et ajoutent 15 à 20 jours au délai.
Recommandations pratiques pour la sélection de la taille standard de dissipateur thermique
Pour les applications TO-220 dissipant moins de 10 W, sélectionnez un dissipateur avec une largeur de 19,0 mm et une hauteur de 20,0 mm, qui fournit 15 °C/W en convection naturelle. Pour 10 à 20 W, augmentez la hauteur à 38,0 mm ou passez au profil de 25,0 mm de largeur, qui donne 8 °C/W. Pour les dispositifs TO-247 dissipant 20 à 40 W, commencez avec le profil de 20,0 mm de largeur par 15,0 mm de profondeur à une hauteur de 30,0 mm, qui fournit 6 °C/W. Vérifiez toujours que le trou de montage est centré dans la surface plane avec une marge d'au moins 2,0 mm de chaque côté pour éviter les fissures sur les bords lors du serrage des vis. Utilisez un TIM avec une conductivité thermique de 1,0 W/m·K et une épaisseur de 0,1 mm ; cela ajoute 0,5 °C/W, qui doit être inclus dans votre budget. Pour les environnements à fortes vibrations, spécifiez un dissipateur avec une profondeur de trou de montage d'au moins 6,0 mm pour le TO-220 et 8,0 mm pour le TO-247 afin de garantir un engagement complet du filetage des vis M3 et M3,5.
Questions fréquentes sur le dimensionnement des dissipateurs thermiques
Q : Puis-je utiliser un dissipateur TO-220 pour un boîtier TO-247 ? R : Non, la patte du TO-247 mesure 20,0 mm de large contre 15,0 mm pour le TO-220, et l'espacement des trous de montage est différent. L'utilisation d'un dissipateur plus petit laissera les bords de la patte sans support, provoquant une compression inégale du TIM et une augmentation de 20 à 30 % de la résistance thermique.
Q : Quelle est la hauteur minimale pour un dissipateur TO-220 standard ? R : Le minimum pratique est de 10,0 mm, ce qui fournit 25 °C/W et gère jusqu'à 4 W pour une élévation de 100 °C. En dessous de cette hauteur, la surface des ailettes est trop petite pour être efficace, et l'épaisseur de base de 3,0 mm consomme la majeure partie du profil.
Q : Comment l'orientation de montage affecte-t-elle la taille standard ? R : Avec les ailettes verticales et le boîtier monté horizontalement, les performances en convection naturelle s'améliorent de 10 à 15 % par rapport aux ailettes horizontales. Si le dissipateur doit être monté avec des ailettes horizontales, augmentez la hauteur de 20 % ou la largeur de 15 % pour compenser.
Q : Quelle est la profondeur de trou standard pour les vis de montage M3 ? R : Pour les dissipateurs extrudés, la profondeur de trou standard est de 6,0 mm pour le M3 et de 8,0 mm pour le M3,5, ce qui permet une longueur de vis de 5,0 mm et 6,0 mm respectivement. Des trous plus profonds (10,0 mm) sont disponibles sans frais supplémentaires mais nécessitent une épaisseur de base minimale de 12,0 mm.
Q : Une finition anodisée noire change-t-elle la taille requise ? R : Non, la finition ne change pas la conductivité thermique mais améliore le coefficient de rayonnement. Pour la même dissipation de puissance, un dissipateur anodisé noir peut être 15 % plus court en hauteur par rapport à une version anodisée claire en convection naturelle, car le rayonnement représente 30 % du transfert de chaleur total.
Conclusion
La taille standard de dissipateur thermique pour les boîtiers TO-220 et TO-247 est définie par l'enveloppe mécanique du boîtier, la résistance thermique requise pour l'application et le processus de fabrication choisi. Pour le TO-220, un profil de 19,0 mm de large sur 12,7 mm de profondeur avec une hauteur entre 10,0 mm et 25,4 mm couvre la majorité des applications jusqu'à 15 W. Pour le TO-247, la norme est un profil de 20,0 mm de large sur 15,0 mm de profondeur avec des hauteurs de 20,0 mm à 40,0 mm, gérant jusqu'à 40 W. La sélection de la taille correcte nécessite d'équilibrer le budget thermique avec l'espace disponible sur la carte et le flux d'air, et le volume de production détermine si l'extrusion ou l'emboutissage est la solution la plus rentable. BQUQ produit ces profils standard depuis plus de 20 ans, avec des tolérances dimensionnelles de ±0,10 mm et une planéité de surface de 0,05 mm, garantissant des performances thermiques fiables dans votre assemblage électronique de puissance.
Pour un calcul précis de la taille du dissipateur thermique basé sur votre dissipation de puissance exacte et votre flux d'air, BQUQ fournit un support technique gratuit avec un service de devis sous 12 heures. Envoyez vos fichiers de conception ou vos exigences à sc@bquq.com ou contactez-nous sur WhatsApp au +86 13713157787. Visitez www.bquq.com pour télécharger les dessins des profils standard et les fiches techniques thermiques.
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