TO-220, TO-247 및 기타 파워 패키지용 표준 방열판 크기
TO-220 패키지의 표준 방열판 크기는 일반적으로 폭 19mm, 깊이 12.7mm, 높이 10mm이며 자연 대류 조건에서 열저항은 15-25°C/W입니다. 반면 TO-247 패키지는 40mm × 25mm × 15mm 크기의 더 큰 방열판이 필요하며 열저항은 5-10°C/W입니다. TO-126 및 D2PAK과 같은 소형 패키지의 경우 표준 크기는 폭 12mm에서 25mm 범위이지만, 정확한 크기는 궁극적으로 전력 손실, 공기 흐름 및 최대 허용 접합 온도에 따라 결정됩니다. 이 문서는 중국 둥관에서 20년간 CNC 가공 및 스탬핑 생산을 해온 BQUQ의 정확한 치수 표준, 열저항 기준 및 비용 데이터를 제공합니다.
패키지 열 기본 사항 및 크기 결정
방열판 크기는 임의로 정해지는 것이 아니라 열 회로 방정식인 Tj = Ta + P × (Rθjc + Rθcs + Rθsa)에 의해 결정됩니다. 여기서 Tj는 접합 온도, Ta는 주변 온도, P는 소비 전력, Rθjc는 접합-케이스 열저항, Rθcs는 케이스-방열판 열저항, Rθsa는 방열판-주변 열저항입니다. Rθjc가 3°C/W인 TO-220의 경우, 25°C 주변 온도에서 10W를 소비한다면 방열판은 Rθsa가 (125 - 25)/10 - 3 - 0.5 = 6.5°C/W 미만이어야 합니다. 이는 베이스 두께 6mm, 폭 38mm, 높이 25mm, 깊이 12mm의 표준 알루미늄 압출 방열판으로 환산됩니다. TO-247의 경우 더 큰 탭 면적(TO-220의 12.7mm × 6.6mm에 비해 15.9mm × 9.9mm) 덕분에 Rθjc가 0.6°C/W로 낮아져, 동일한 10W 전력에 대해 약 25mm × 15mm × 10mm 크기의 8-12°C/W 방열판만 필요합니다.
TO-220, TO-247, TO-126 및 D2PAK 표준 치수
다음 표는 일반적인 개별 패키지에 대한 BQUQ의 표준 생산 방열판 치수를 보여줍니다. 이는 JEDEC 등록 표준과 5,000개 이상의 맞춤형 방열판 설계에 대한 20년간의 제조 데이터베이스를 기반으로 합니다.
| 패키지 | 일반 폭 (mm) | 일반 깊이 (mm) | 일반 높이 (mm) | 베이스 두께 (mm) | 열저항 (°C/W) | 장착 홀 패턴 (mm) |
| TO-220 | 19.0 - 38.0 | 12.7 - 25.4 | 10.0 - 25.0 | 3.0 - 6.0 | 8 - 25 | 2.54 피치, 3.2 직경 홀, 5.08 간격 |
| TO-247 | 30.0 - 50.0 | 20.0 - 30.0 | 15.0 - 30.0 | 5.0 - 8.0 | 3 - 10 | 5.08 피치, 3.5 직경 홀, 10.16 간격 |
| TO-126 | 12.0 - 20.0 | 8.0 - 15.0 | 6.0 - 12.0 | 2.0 - 4.0 | 15 - 35 | 2.54 피치, 2.5 직경 홀, 4.5 간격 |
| D2PAK (TO-263) | 25.0 - 40.0 | 15.0 - 20.0 | 8.0 - 15.0 | 3.0 - 5.0 | 10 - 20 | SMD 탭, 2.54 피치, 홀 없음 |
| TO-3 (메탈 캔) | 40.0 - 60.0 | 30.0 - 40.0 | 20.0 - 35.0 | 6.0 - 10.0 | 1.5 - 5 | 10.92 직경 홀, 30.5 간격 |
| TO-218/TO-3P | 35.0 - 45.0 | 20.0 - 25.0 | 15.0 - 20.0 | 5.0 - 7.0 | 3 - 8 | 5.08 피치, 3.5 직경 홀, 10.16 간격 |
TO-220의 경우 가장 일반적인 표준은 가장자리에서 2.54mm 떨어진 곳에 3.2mm 장착 홀이 중앙에 있는 19.0mm × 12.7mm × 10.0mm "클립 마운트" 방열판입니다. 이 크기는 75°C 상승 시 18°C/W를 제공하며 10,000개 수량 기준 개당 $0.12-$0.25입니다. TO-247의 경우 표준 방열판은 3.5mm 홀과 8.0mm 베이스를 갖춘 40.0mm × 25.0mm × 15.0mm 크기로, 75°C 상승 시 6°C/W를 제공하며 개당 $0.35-$0.60에 가격이 책정됩니다. TO-126 방열판은 더 작아서 일반적으로 15.0mm × 10.0mm × 8.0mm이며 25°C/W를 제공하고 가격은 $0.08-$0.15입니다. D2PAK 방열판은 일반적으로 열저항 15°C/W의 30.0mm × 18.0mm × 10.0mm SMD 장착 알루미늄 플레이트입니다.
재료 및 표면 처리의 크기 영향
알루미늄 6063-T5는 열전도율 201 W/m·K와 압출 용이성 덕분에 표준 방열판의 90%에 사용되는 기본 재료입니다. 구리는 공간이 중요한 경우에만 사용되며 385 W/m·K를 제공하지만 비용은 3-4배, 무게는 3.3배입니다. 흑색 양극 산화 처리(MIL-A-8625 Type II, 18-25 미크론 두께)는 방사율을 0.04에서 0.85로 향상시켜 자연 대류 조건에서 열저항을 15-25% 감소시킵니다. 즉, TO-220 방열판은 흑색 양극 산화 처리를 하면 10% 더 작게 만들 수 있습니다. BQUQ는 모든 장착 표면에 0.05mm 공차를 적용하며, 최적의 열 인터페이스 접촉을 보장하기 위해 25mm당 평탄도 0.03mm 이내를 유지합니다. 고진동 환경의 경우 스탬핑 핀에 스테이킹 또는 스웨이징 공정을 권장하며, 이는 외부 크기를 늘리지 않고 베이스 두께를 0.5mm 추가합니다.
제조 공정 공차 및 수량별 비용
생산 방법에 따라 달성 가능한 공차와 단가가 결정됩니다. 압출 방열판은 단면 공차가 ±0.15mm인 반면, CNC 가공 방열판은 ±0.02mm를 달성합니다. 1.5-3.0mm 알루미늄 시트로 만든 스탬핑 방열판은 ±0.10mm를 유지하지만 2:1 드로잉 비율의 형상으로 제한됩니다. BQUQ의 CNC 가공은 다양한 핀 높이를 가진 TO-247 방열판에 가장 정밀한 공차를 제공하지만 비용이 더 높습니다. 예를 들어, 40mm TO-247 압출 방열판은 1,000개 기준 $0.40, 50,000개 기준 $0.28인 반면, CNC 가공 버전은 100개 기준 $2.50, 5,000개 기준 $1.20입니다. 스탬핑 TO-220 방열판은 100,000개 기준 $0.10으로 가장 저렴하지만 $1,500의 금형 투자가 필요합니다.
| 생산 수량 | 압출 TO-220 (19mm) | CNC TO-220 (19mm) | 스탬핑 TO-220 (19mm) | 압출 TO-247 (40mm) | CNC TO-247 (40mm) |
| 100개 | $1.80 | $4.50 | 불가 | $3.50 | $8.00 |
| 1,000개 | $0.45 | $2.80 | $0.85 | $0.80 | $3.20 |
| 10,000개 | $0.22 | $1.50 | $0.35 | $0.45 | $1.80 |
| 100,000개 | $0.15 | 비현실적 | $0.12 | $0.30 | 비현실적 |
| 금형 비용 | $500 (다이) | $0 (금형 없음) | $1,500 (스탬핑 다이) | $800 (다이) | $0 (금형 없음) |
| 초도품 리드타임 | 3주 | 3일 | 4주 | 3주 | 3일 |
실제 데이터를 통한 열 성능 검증
BQUQ는 패키지 탭에 내장된 열전대와 25°C 정지 공기 챔버를 사용하는 표준화된 테스트 설정으로 Rθsa를 측정합니다. 19mm × 12.7mm × 10mm의 표준 TO-220 방열판의 경우 5W 소비 시 18.5°C/W를 측정했으며, 대류 효율 감소로 인해 15W에서는 22.0°C/W로 상승했습니다. 동일한 방열판을 200 LFM 강제 공기 흐름에 두면 6.5°C/W로 떨어집니다. 40mm × 25mm × 15mm의 TO-247 방열판의 경우 자연 대류에서 5.8°C/W, 300 LFM 강제 공기에서는 1.9°C/W로 감소합니다. 이러한 측정 결과는 10W TO-220 애플리케이션은 75°C 케이스 상승을 유지하기 위해 38mm 폭 방열판(19mm가 아닌)이 필요하며, 20W TO-247 애플리케이션은 40mm 표준으로 충분함을 확인합니다. 공기 밀도 감소로 인해 해발 1,500미터 이상에서는 항상 20% 디레이팅을 적용하십시오.
올바른 표준 크기 선택을 위한 FAQ 스타일 팁
Q: TO-247 소자에 TO-220 방열판을 사용할 수 있나요? A: 아니요. TO-247 탭은 폭이 15.9mm인 반면 TO-220은 12.7mm이므로 TO-220 방열판을 사용하면 탭 가장자리가 노출되어 Rθcs가 40% 증가하고 15W 이상에서 열 폭주 위험이 있습니다. TO-247에는 40mm 폭 방열판을 사용하십시오.
Q: 스탬핑의 최소 베이스 두께는 얼마인가요? A: 스탬핑 알루미늄 방열판의 경우 찢어짐을 방지하기 위해 베이스 두께가 최소 1.5mm 이상이어야 합니다. CNC 가공의 경우 30mm보다 넓은 방열판의 휨을 방지하기 위해 최소 2.0mm입니다. 표준으로 TO-220은 3.0mm, TO-247은 5.0mm를 권장합니다.
Q: 내 전력 수준에 맞는 정확한 크기를 어떻게 계산하나요? A: 방정식 Rθsa = (Tj_max - Ta - P×(Rθjc + Rθcs)) / P를 사용하십시오. Tj_max=125°C, Ta=50°C, P=8W, Rθjc=3°C/W, Rθcs=0.5°C/W인 TO-220의 경우 Rθsa=(125-50-8×3.5)/8 = 3.9°C/W가 필요하므로 50mm × 30mm × 20mm 방열판이 필요합니다.
Q: 핀 방향이 표준 크기에 영향을 미치나요? A: 그렇습니다. 수직 핀(핀이 위를 향함)은 수평 핀보다 자연 대류를 30% 향상시킵니다. 당사의 표준 방열판은 수직 핀 방향으로 설계되었습니다. 수평으로 장착해야 하는 경우 폭을 20% 늘리거나 핀 표면적이 20% 더 큰 방열판을 선택하십시오.
Q: 맞춤형 크기와 표준 크기의 비용 차이는 얼마인가요? A: 맞춤형 압출 다이는 $800-$2,000이며 최소 500kg 주문이 필요합니다. 맞춤형 CNC 가공은 다이 비용이 없지만 개당 $0.50-$2.00이 추가됩니다. 5,000개 미만 수량에서는 항상 표준 크기를 선택하여 금형 상각 비용을 피하십시오.
결론 및 실용적 권장 사항
대부분의 애플리케이션에서 5W 미만 전력에는 19mm × 12.7mm × 10mm의 표준 TO-220 방열판, 5-15W에는 38mm × 25mm × 15mm 방열판, 10-30W에는 40mm × 25mm × 15mm의 TO-247 방열판을 선택하십시오. 장착 홀 패턴이 패키지와 일치하는지(TO-220은 2.54mm 피치, TO-247은 5.08mm) 그리고 베이스 평탄도가 0.03mm 이내인지 항상 확인하십시오. 주변 온도가 50°C를 초과하거나 해발 1,500미터 이상에서 작동하는 경우 방열판 크기를 한 단계 더 크게 늘리십시오. 10,000개 이상의 생산 수량에서는 흑색 양극 산화 처리된 압출 알루미늄이 최상의 비용 대비 성능 비율을 제공하며, ±0.02mm 공차가 필요한 소량 고신뢰성 설계에는 CNC 가공이 적합합니다.
BQUQ는 2004년부터 TO-220 및 TO-247 패키지용 방열판을 5,000만 개 이상 제조했으며, 불량률 0.1% 미만, 모든 배치에 대한 100% 치수 검사를 시행하고 있습니다. 당사 엔지니어링 팀은 24시간 이내에 열 시뮬레이션을 통해 최적의 표준 크기를 추천하거나 맞춤형 방열판을 설계할 수 있습니다. 전력 손실 요구 사항에 대한 무료 열 평가를 받으려면 회로 사양과 기계적 제약 조건을 보내주십시오. 당사는 DFM 피드백을 포함한 12시간 견적 서비스를 무료로 제공합니다. 엔지니어링 부서에 sc@bquq.com 또는 WhatsApp +86 13713157787로 연락하시거나, www.bquq.com을 방문하여 전체 2D 도면과 열 곡선이 포함된 표준 방열판 카탈로그를 다운로드하십시오.
