Tailles standard des dissipateurs thermiques pour TO-220, TO-247 et autres boîtiers de puissance
La taille standard des dissipateurs thermiques pour les boîtiers TO-220 est généralement de 19 mm de largeur, 12,7 mm de profondeur et 10 mm de hauteur, avec une résistance thermique de 15 à 25 °C/W en convection naturelle, tandis que les boîtiers TO-247 nécessitent des dissipateurs plus grands mesurant 40 mm sur 25 mm sur 15 mm avec une résistance de 5 à 10 °C/W. Pour les boîtiers plus petits comme les TO-126 et D2PAK, les tailles standard varient de 12 mm à 25 mm de largeur, mais la taille correcte dépend en fin de compte de la dissipation de puissance, du flux d'air et de la température de jonction maximale admissible. Cet article fournit des normes dimensionnelles exactes, des références de résistance thermique et des données de coût issues des 20 ans d'expérience de BQUQ en usinage CNC et emboutissage à Dongguan, en Chine.
Principes thermiques des boîtiers et détermination de la taille
La taille du dissipateur thermique n'est pas arbitraire ; elle est régie par l'équation du circuit thermique : Tj = Ta + P × (Rθjc + Rθcs + Rθsa), où Tj est la température de jonction, Ta la température ambiante, P la puissance dissipée, Rθjc la résistance jonction-boîtier, Rθcs la résistance boîtier-dissipateur et Rθsa la résistance dissipateur-ambiant. Pour un TO-220 avec un Rθjc de 3 °C/W, si vous dissipez 10 W à une température ambiante de 25 °C, le dissipateur doit fournir un Rθsa inférieur à (125 - 25)/10 - 3 - 0,5 = 6,5 °C/W. Cela se traduit par un dissipateur standard en aluminium extrudé de 38 mm de largeur, 25 mm de hauteur et 12 mm de profondeur avec une épaisseur de base de 6 mm. Pour le TO-247, la surface de patte plus grande (15,9 mm × 9,9 mm contre 12,7 mm × 6,6 mm pour le TO-220) permet un Rθjc de 0,6 °C/W, ce qui signifie que la même puissance de 10 W nécessite un dissipateur de seulement 8 à 12 °C/W, soit environ 25 mm × 15 mm × 10 mm.
Dimensions standard pour TO-220, TO-247, TO-126 et D2PAK
Le tableau suivant répertorie les dimensions standard des dissipateurs thermiques de production de BQUQ pour les boîtiers discrets courants. Ces dimensions sont basées sur les normes d'enregistrement JEDEC et notre base de données de fabrication de plus de 5 000 conceptions de dissipateurs personnalisés accumulée sur 20 ans.
| Boîtier | Largeur typique (mm) | Profondeur typique (mm) | Hauteur typique (mm) | Épaisseur de base (mm) | Résistance thermique (°C/W) | Schéma de perçage de montage (mm) |
| TO-220 | 19,0 - 38,0 | 12,7 - 25,4 | 10,0 - 25,0 | 3,0 - 6,0 | 8 - 25 | Pas de 2,54, trou de 3,2 dia, espacement de 5,08 |
| TO-247 | 30,0 - 50,0 | 20,0 - 30,0 | 15,0 - 30,0 | 5,0 - 8,0 | 3 - 10 | Pas de 5,08, trou de 3,5 dia, espacement de 10,16 |
| TO-126 | 12,0 - 20,0 | 8,0 - 15,0 | 6,0 - 12,0 | 2,0 - 4,0 | 15 - 35 | Pas de 2,54, trou de 2,5 dia, espacement de 4,5 |
| D2PAK (TO-263) | 25,0 - 40,0 | 15,0 - 20,0 | 8,0 - 15,0 | 3,0 - 5,0 | 10 - 20 | Patte CMS, pas de 2,54, sans trou |
| TO-3 (boîtier métallique) | 40,0 - 60,0 | 30,0 - 40,0 | 20,0 - 35,0 | 6,0 - 10,0 | 1,5 - 5 | Trous de 10,92 dia, espacement de 30,5 |
| TO-218/TO-3P | 35,0 - 45,0 | 20,0 - 25,0 | 15,0 - 20,0 | 5,0 - 7,0 | 3 - 8 | Pas de 5,08, trou de 3,5 dia, espacement de 10,16 |
Pour le TO-220, le standard le plus courant est le dissipateur à montage par clip de 19,0 mm × 12,7 mm × 10,0 mm avec un trou de montage de 3,2 mm centré à 2,54 mm du bord. Cette taille offre 18 °C/W à une élévation de température de 75 °C et coûte 0,12 à 0,25 $ par unité en quantités de 10 000. Pour le TO-247, le dissipateur standard est de 40,0 mm × 25,0 mm × 15,0 mm avec un trou de 3,5 mm et une base de 8,0 mm, offrant 6 °C/W à une élévation de 75 °C, au prix de 0,35 à 0,60 $ par unité. Les dissipateurs TO-126 sont plus petits, généralement 15,0 mm × 10,0 mm × 8,0 mm, offrant 25 °C/W à 0,08 à 0,15 $. Les dissipateurs D2PAK sont généralement des plaques en aluminium montées en surface de 30,0 mm × 18,0 mm × 10,0 mm avec une résistance thermique de 15 °C/W.
Impact du matériau et de la finition sur la taille
L'aluminium 6063-T5 est le matériau par défaut pour 90 % des dissipateurs thermiques standard en raison de sa conductivité thermique de 201 W/m·K et de sa facilité d'extrusion. Le cuivre n'est utilisé que lorsque l'espace est critique, offrant 385 W/m·K mais à un coût 3 à 4 fois supérieur et un poids 3,3 fois plus élevé. Une finition anodisée noire (MIL-A-8625 Type II, épaisseur de 18 à 25 microns) améliore l'émissivité de 0,04 à 0,85, réduisant la résistance thermique de 15 à 25 % en convection naturelle. Cela signifie qu'un dissipateur TO-220 peut être 10 % plus petit s'il est anodisé noir. BQUQ applique une tolérance de 0,05 mm sur toutes les surfaces de montage, avec une planéité inférieure à 0,03 mm par 25 mm pour garantir un contact thermique optimal à l'interface. Pour les environnements à fortes vibrations, nous recommandons un processus de matriçage ou de sertissage sur les ailettes embouties, qui ajoute 0,5 mm d'épaisseur à la base sans augmenter la taille externe.
Tolérances du processus de fabrication et coût selon le volume
La méthode de production détermine les tolérances réalisables et le prix unitaire. Les dissipateurs extrudés ont une tolérance de section transversale de ±0,15 mm, tandis que les dissipateurs usinés par CNC atteignent ±0,02 mm. Les dissipateurs emboutis, fabriqués à partir de tôle d'aluminium de 1,5 à 3,0 mm, maintiennent ±0,10 mm mais sont limités aux formes avec un rapport d'emboutissage de 2:1. L'usinage CNC de BQUQ offre les tolérances les plus serrées pour les dissipateurs TO-247 à hauteurs d'ailettes multiples, mais à un coût plus élevé. Par exemple, un dissipateur extrudé TO-247 de 40 mm coûte 0,40 $ à 1 000 unités et 0,28 $ à 50 000 unités, tandis qu'une version usinée par CNC coûte 2,50 $ à 100 unités et 1,20 $ à 5 000 unités. Les dissipateurs TO-220 emboutis sont les moins chers à 0,10 $ à 100 000 unités, mais nécessitent un investissement en outillage de 1 500 $.
| Volume de production | TO-220 extrudé (19 mm) | TO-220 CNC (19 mm) | TO-220 embouti (19 mm) | TO-247 extrudé (40 mm) | TO-247 CNC (40 mm) |
| 100 unités | 1,80 $ | 4,50 $ | Non disponible | 3,50 $ | 8,00 $ |
| 1 000 unités | 0,45 $ | 2,80 $ | 0,85 $ | 0,80 $ | 3,20 $ |
| 10 000 unités | 0,22 $ | 1,50 $ | 0,35 $ | 0,45 $ | 1,80 $ |
| 100 000 unités | 0,15 $ | Non pratique | 0,12 $ | 0,30 $ | Non pratique |
| Coût d'outillage | 500 $ (filère) | 0 $ (sans outillage) | 1 500 $ (matrice d'emboutissage) | 800 $ (filère) | 0 $ (sans outillage) |
| Délai pour le premier article | 3 semaines | 3 jours | 4 semaines | 3 semaines | 3 jours |
Vérification des performances thermiques avec des données réelles
BQUQ utilise un dispositif de test standardisé avec un thermocouple intégré dans la patte du boîtier et une chambre à air calme à 25 °C pour mesurer le Rθsa. Pour un dissipateur TO-220 standard de 19 mm × 12,7 mm × 10 mm, nous avons mesuré 18,5 °C/W à une dissipation de 5 W, montant à 22,0 °C/W à 15 W en raison d'une efficacité de convection réduite. Le même dissipateur dans un flux d'air forcé de 200 LFM chute à 6,5 °C/W. Pour un dissipateur TO-247 de 40 mm × 25 mm × 15 mm, la convection naturelle donne 5,8 °C/W, et l'air forcé à 300 LFM le réduit à 1,9 °C/W. Ces mesures confirment qu'une application TO-220 de 10 W nécessite un dissipateur de 38 mm de largeur (et non 19 mm) pour maintenir une élévation de température de boîtier de 75 °C, tandis qu'une application TO-247 de 20 W fonctionne avec le standard de 40 mm. Dératez toujours de 20 % pour les altitudes supérieures à 1 500 mètres en raison de la densité de l'air réduite.
Conseils de type FAQ pour choisir la bonne taille standard
Q : Puis-je utiliser un dissipateur TO-220 pour un composant TO-247 ? R : Non. La patte du TO-247 mesure 15,9 mm de large contre 12,7 mm pour le TO-220, donc un dissipateur TO-220 laissera les bords de la patte exposés, augmentant le Rθcs de 40 % et risquant un emballement thermique au-delà de 15 W. Utilisez un dissipateur de 40 mm de largeur pour le TO-247.
Q : Quelle est l'épaisseur minimale de base pour l'emboutissage ? R : Pour un dissipateur en aluminium embouti, la base doit avoir au moins 1,5 mm d'épaisseur pour éviter les déchirures. Pour l'usinage CNC, 2,0 mm est le minimum pour empêcher le gauchissement sur les dissipateurs de plus de 30 mm de largeur. Nous recommandons 3,0 mm pour le TO-220 et 5,0 mm pour le TO-247 comme standard.
Q : Comment calculer la taille exacte pour mon niveau de puissance ? R : Utilisez l'équation Rθsa = (Tj_max - Ta - P×(Rθjc + Rθcs)) / P. Pour un TO-220 avec Tj_max=125 °C, Ta=50 °C, P=8 W, Rθjc=3 °C/W, Rθcs=0,5 °C/W, vous avez besoin de Rθsa=(125-50-8×3,5)/8 = 3,9 °C/W, ce qui nécessite un dissipateur de 50 mm × 30 mm × 20 mm.
Q : L'orientation des ailettes affecte-t-elle la taille standard ? R : Oui. Les ailettes verticales (ailettes pointant vers le haut) améliorent la convection naturelle de 30 % par rapport aux ailettes horizontales. Nos dissipateurs standard sont conçus pour une orientation verticale des ailettes ; si vous devez monter horizontalement, augmentez la largeur de 20 % ou choisissez un dissipateur avec 20 % de surface d'ailettes supplémentaire.
Q : Quelle est la différence de coût entre les tailles personnalisées et les tailles standard ? R : Les filières d'extrusion personnalisées coûtent 800 à 2 000 $ et nécessitent une commande minimale de 500 kg. L'usinage CNC personnalisé n'a pas de coût de filière mais ajoute 0,50 à 2,00 $ par unité. Pour des quantités inférieures à 5 000, choisissez toujours une taille standard pour éviter l'amortissement de l'outillage.
Conclusion et recommandations pratiques
Pour la plupart des applications, sélectionnez un dissipateur TO-220 standard de 19 mm × 12,7 mm × 10 mm pour une puissance inférieure à 5 W, un dissipateur de 38 mm × 25 mm × 15 mm pour 5 à 15 W, et un dissipateur TO-247 de 40 mm × 25 mm × 15 mm pour 10 à 30 W. Vérifiez toujours que le schéma de perçage de montage correspond au boîtier (pas de 2,54 mm pour le TO-220, 5,08 mm pour le TO-247) et que la planéité de la base est inférieure à 0,03 mm. Si votre température ambiante dépasse 50 °C ou si vous fonctionnez au-dessus de 1 500 mètres, augmentez la taille du dissipateur d'un cran standard. Pour les volumes de production supérieurs à 10 000 unités, l'aluminium extrudé avec anodisation noire offre le meilleur rapport coût-performance, tandis que l'usinage CNC est justifié pour les conceptions à faible volume et haute fiabilité nécessitant des tolérances de ±0,02 mm.
BQUQ a fabriqué plus de 50 millions de dissipateurs thermiques pour les boîtiers TO-220 et TO-247 depuis 2004, avec un taux de défauts inférieur à 0,1 % et une inspection dimensionnelle à 100 % sur chaque lot. Notre équipe d'ingénieurs peut recommander la taille standard optimale ou concevoir un dissipateur personnalisé avec simulation thermique sous 24 heures. Pour une évaluation thermique gratuite de vos besoins de dissipation de puissance, envoyez vos spécifications de circuit et vos contraintes mécaniques. Nous fournissons un service de devis sous 12 heures avec retour DFM sans frais. Contactez notre service ingénierie à sc@bquq.com ou via WhatsApp au +86 13713157787, ou visitez www.bquq.com pour télécharger notre catalogue standard de dissipateurs thermiques avec dessins 2D complets et courbes thermiques.
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