Основные типы корпусов для полупроводниковых приборов и микросхем силовой электроники

May 8, 2015 by admin Комментировать »

С точки зрения методов и конструктивных решений проблемы отвода тепла все корпуса для полупроводниковых приборов и ИМС силовой электроники можно разделить на три группы (рис. 6.2):

1)                       корпуса, не предусматривающие посадку прибора на теплоотвод (радиатор). Эти решения обычно применяются для маломощных приборов, не требующих специальных мер охлаждения. Это пластмассовые корпуса типа DIP, SO (SOIC), ТО-92 (КТ-26), металло-керамические корпуса с планарным расположением выводов и др.;

2)корпуса, предусматривающие посадку приборов на теплоотвод (радиатор). Применяются для мощных силовых приборов, для которых необходимы специальные меры охлаждения. Обычно это пластмассовые корпуса типа ТО-218, ТО-220, ТО-3, ТО-258, SIL-9 и др.;

корпуса, использующие в качестве радиатора дорожку металлизации печатной платы. К этой группе относятся SO (с «открытым» кристаллодержателем), SOT-223, SOT-23 и др.

Рис. 6.2. Основные типы корпусов для полупроводниковых приборов и ИМС силовой электроники

Наблюдается постоянная тенденция миниатюризации корпусов, в том числе и для ИМС силовой электроники. Для миниатюрных корпусов силовой электроники последующего поколения характерно использование в качестве теплоотвода дорожек металлизации печатной платы.

В табл. 6.1 приведены обозначения наиболее часто используемых корпусов и значения тепловых сопротивлений кристалл — корпус Л,. и кристалл — среда ^ткр-ср Д™ основные типов корпусов, используемых для полупроводниковых приборов и ИМС силовой электроники.

Таблица 6.1. Перечень обозначений основных типов корпусов для полупроводниковых приборов и ИМС силовой электроники [114]

Тип корпуса

Число выводов

Яг κρ-κορι С/Вт

Яг кр-ср» С/ВТ

DIP

8

50

150

16

39

117

SO

8

56

157

14

52

143

16

29

130

SOT-23

3

140

370

SOT-223

4

17

164

ТО-92

3

125

208

ТО-220 (без теплоотвода)

3, 5,7

3-5

50-65

SIL-9 (без теплоотвода)

9

3-5

40

ТО-218 (без теплоотвода)

3

1-3

35-50

ТО-3 (без теплоотвода)

3

0,5-2,5

35

ТО-257, 258 (без теплоотвода)

3

0,5

175

На рис. 6.3 показаны основные пути отвода тепла в ИМС или полупроводником приборе. Наиболее эффективный путь отвода тепла: «кристалл — посадочная площадка — радиатор — окружающая среда». Второй путь — «посадочная площадка — корпус — выводы — печатная плата — окружающая среда». Тепловая энергия также отводится по пути «корпус — воздушная прослойка вокруг корпуса — окружающая среда».

На рис. 6.4 приведена зависимость допустимой мощности рассеивания полупроводниковых приборов и ИМС силовой электроники от температуры окружающей среды для разных условий теплоотвода (корпус ТО-220). Допустимую мощность можно найти из формулы 2.1, зная предельно допустимую температуру кристалла (150 °С) и тепловое сопротивление кристалл — среда для конкретных условий. Следует отметить, что любой прибор или ИМС характеризуется двумя крайними значениями тепловых сопротивлений: кристалл — корпус   и кри сталл — среда JL·

Нижняя линия графика построена исходя из того, что прибор не посажен на радиатор и теплоотвод определяется только тепловым сопротивлением «кристаллсреда» без радиатора = 65 °С/Вт. Две средних линии построены для случая использования дополнительного теплоотвода — радиатора          = 20 и 10 °С/Вт).

Рис. 6.3. Пути отвода тепла в ИМС или полупроводником приборе

Рис. 6.4. Зависимость допустимой мощности рассеивания полупроводниковых приборов и ИМС силовой электроники от температуры среды для разных условий теплоотвода (корпус ТО-220)

Верхняя линия может быть достигнута при идеальном отводе тепла от корпуса, например, с использованием термостатирования корпуса ИМС или прибора. В этом случае значение теплового сопротивления «кристалл — среда» приблизится к значению теплового сопротивления «кристалл — корпус».

Любой корпус также характеризуется максимально допустимой мощностью. Для корпуса ТО-220 эта мощность составляет 15 Вт. Характеристики, показанные на рис. 6.4, могут быть построены для ИМС или полупроводникового прибора в любом другом корпусе. Для этого надо знать значения предельно допустимой температуры кристалла, предельно допустимой мощности для корпуса и значения тепловых сопротивлений кристалл — среда Rj , кристалл — корпус /?Ткр кор.

На рис. 6.5-6.7 приведены справочные зависимости, которые могут полезны разработчикам аппаратуры [113, 114].

Так, графики на рис. 6.5 характеризуют зависимость нормированного теплового сопротивления от величины скорости воздушного потока в случае использования принудительной вентиляции для корпуса DIP 16.

На рис. 6.6 для этого же типа корпуса представлены типовые зависимости величины теплового сопротивления от площади кристалла в случае использования различных материалов кристаллодержателя (а), а также от способа монтажа (б). Как видно из этих зависимостей, наименьшее значение Rj. обеспечивает медный кристаллодержатель и способ монтажа — пайка на печатную плату.

Рис. 6.7. Типовая зависимость температуры кристалла (p-η перехода) от рассеиваемой мощности при различных условиях охлаждения: 1 — прибор без теплоотвода; 2 — теплоотвод-пластина 60 х 60 мм; 3 — теплоотвод штырьковый 60 х 60 х 34 мм; 4 — теплоотвод штырьковый 60 х 60 х 34 мм плюс принудительное воздушное охлаждение со скоростью обдува 2 м/с [113]

На рис. 6.7 представлены типовые зависимости температуры кристалла (р-п перехода) от величины рассеиваемой мощности для различных условий отвода тепла. Кривая 1 характеризует прибор без теплоотвода, кривая 2 построена для случая использования в качестве теплоотвода пластины 60 х 60 мм, кривая 3 — для использования штырькового теплоотвода 60 х 60 х 34 мм, а кривая 4 с минимальным значением Ткр построена для случая использования как штырькового теплоотвода 60 х 60 х 34 мм, так и принудительного воздушного охлаждения со скоростью обдува 2 м/с.

Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты