Эксперимент с термоинтерфейсами для ТО-220

[uriy61]

Схема измерений: Фото стенда:

Питание последовательной цепочки из 5 полевиков IRF510 и резисторов по 4,7 Om осуществлялось от источника DC 49V. Падение напряжений на резисторах в среднем было около 4.7V, соответственно по цепи протекал ток 1А. Падение напряжений на полевиках в среднем было около 5.1V, соответственно на них выделалось по 5W тепла. Эти режимы термонагрузки были выбраны аналогично тем, что присутствуют в усилителе Palabs AE50 (AE25). Было интересно посмотреть: как влияют термоинтерфейсы на теплопередачу от корпусов транзисторов к радиаторам и требуется ли замена одних термоинтерфейсов на другие - более эффективные. После включения выжидалось определенное время до наступления стабилизации температуры радиатора. Температура воздуха +23град.С.
Дальнейшие расчеты:
1. Параметр RthJC Maximum Junction-to-Case (Drain) у полевиков IRF510 и IRF610 равен 3,5°C/W, что при тепловыделении у каждого полевика в данном опыте 5W, даст превышение температуры кристалла над температурой пластины транзистора +17,5град.
2. Примем предельно допустимую температуру воздуха в месте размещения радиатора +40град.С, что на 17град. выше температуры воздуха в эксперименте.
3. Температура кристалла при условии температуры воздуха +40град.С для варианта №2 составит 72+17,5+17=106,5град.С при допустимом ОБР=125град.С.
4. В усилителе для тока покоя 1,3А температура пластины транзистора доходила до 72град.С при температуре внешнего воздуха +23град.С., соответственно температура кристалла те же 89,5град.С (106,5град.С при 40град.С воздуха), что и при данном эксперименте.
Выводы:
1. Термоинтерфейсы типа «качественная эластичная прокладка со стекловолокном» лишь немного хуже варианта со слюдяной прокладкой и термопастой КПТ-19.
2. Прижимная пружинная скоба не улучшает теплопередачу от транзистора к радиатору при условии, что прижим только винтом сделан добросовестно и обеспечивает прижим по всей площади проекции корпуса транзистора без зазоров.
3. Термоинтерфейсы типа «качественная эластичная прокладка без стекловолокна» не показали своих преимуществ в сравнении с «качественная эластичная прокладка со стекловолокном» хотя имели хорошие заявленные характеристики. Данные прокладки легко проминаются до 0 и высока вероятность электрического контакта с радиатором.
4. Прокладки из керамики, особенно из ВеО, даже при применении «обычной» термопасты КПТ-19 показывают отличные результаты по теплопередаче.
Рекомендация:
Не поленитесь после сборки конструкции померить температуру у каждого из транзисторов на радиаторе. У меня один из 28шт. отличался в бОльшую сторону аж на 8градусов. Вовремя заметил.

[Вергилий]

Какой смысл в этом эксперименте, если тепловое сопротивление и прочие параметры указаны в даташите на конкретную термопрокладку?

[Ulis]

Практика - критерий истины )))

[uriy61]

Какой смысл в этом эксперименте, если тепловое сопротивление и прочие параметры указаны в даташите на конкретную термопрокладку?

Цель эксперимента - что в реале получим с ТО-220 + распространенные прокладки и паста в режиме тепловыделения 5Вт.
Полученные результаты в эксперименте не коррелируют с даташитными характеристиками прокладок, а вы спрашиваете зачем этот эксперимент вообще.
В п.1 и п.2 применена прокладка нонейм ориентировочно с 1,0-1,2Вт/м*К, а в п.4 два типа прокладок с 5Вт/м*К и 6Вт/м*К, а у слюды в п.3 вообще 0,5Вт/м*К плюс паста с ее 0,6Вт/м*К.
Эксперимент показал, что даташитные характеристики прокладок существуют в основном для ориентира, т.к. вмешивается дополнительные факторы - толщина, сила прижима, равномерность прижима, эксплуатационная устойчивость, фейк прокладок.
Победа в эксперименте среди доступных термоинтерфейсов досталась самому худшему по даташиту образцу - слюде, а если слюду расщепить в 4 раза тоньше - будет еще лучший результат.

П.С. Поделитесь технологией расщепления, у меня красиво заводские уже нарубленные прокладки расщепить не получается, так чтобы из 1-й сделать 2,3,4 штуки.

[Вергилий]

Эксперимент показал, что даташитные характеристики прокладок существуют в основном для ориентира, т.к. вмешивается дополнительные факторы - толщина, сила прижима, равномерность прижима, эксплуатационная устойчивость, фейк прокладок.

Так вы завтра другие купите, а они другие Это ж ничего не гарантирует
Вот, например, хорошие
https://www.fischerelektronik.de/web..._/search.xhtml

Победа в эксперименте среди доступных термоинтерфейсов досталась самому худшему по даташиту образцу - слюде, а если слюду расщепить в 4 раза тоньше - будет еще лучший результат.

победа закономерно досталась керамике как лучшему по даташиту образцу. К примеру фишер AOS220 1.5mm 0.3K/W
https://www.tme.eu/ru/details/aos220...ronik/aos-220/
полбакса это доступно, на мой взгляд

PS А что это у вас такое греющееся в TO220? Почему не поставить к примеру TO247, от ТО220 сложно отвести много тепла

[funny the rat]

uriy61, Спасибо
Жаль что в тесте не было весьма популярной Al2O3 керамики

[Tuvalu]

А какая толщина слюды, мерили?

---------- Сообщение добавлено 22:55 ---------- Предыдущее сообщение было 22:51 ----------

Данные прокладки легко проминаются до 0 и высока вероятность электрического контакта с радиатором.

Пару месяцев назад ремонтировал Genelec с таким дефектом - STK-4.. продавила прокладку до контакта с радиатором.

[ИГВИН]

uriy61, Спасибо
Жаль что в тесте не было весьма популярной Al2O3 керамики

Присоединяюсь и к благодарности, и пожеланию оксида алюминия.
Отдельное спасибо за оформленный результат.

[wowa]

Резисторы МЛТ-2 с длинными выводами из меди сами по себе являются эффективными передатчиками тепла. Группировка мосфетов на пластине реализована группами. Результат сугубо условный, но не отменяет окончательные выводы.
Каждый мосфет на отдельной пластине, резюки отдельно, провода одинаковой длины, толщины, типа. Ну и ессно ток так же.

[uriy61]

Резисторы МЛТ-2 с длинными выводами из меди сами по себе являются эффективными передатчиками тепла. Группировка мосфетов на пластине реализована группами. Результат сугубо условный, но не отменяет окончательные выводы.
Каждый мосфет на отдельной пластине, резюки отдельно, провода одинаковой длины, толщины, типа. Ну и ессно ток так же.

Все норм с экспериментом:
1. Ток абсолютно одинаковый через все транзисторы и резисторы, это же последовательная цепочка.
2. Падения напряжений на всех транзисторах одинаковое.
3. Обвеска всех транзисторов одинаковая, так что здесь все норм и влияние ножек - одинаковое.
4. Т.О. мощность рассеиваемая всеми транзисторами одинаковая.
5. Температура радиатора вокруг транзисторов тоже одинаковая, разница в 1 градус - ни о чем, понятно, что ближе к краю радиатора она ниже будет.
Керамики из оксида алюминия нет, как и из нитрида алюминия нет, есть неизвестная керамика с фирменного аппарата, могу ее проверить, но к какому типу керамики ее привязать - хз.

Почему то думается, что с ТО-220 и 5 Вт тепловыделения большой разницы теплопередачи между различными типами керамиками не будет, т.к. здесь присутствует еще и влияние термопасты с 2-х сторон керамики. По эксперименту имеем 2 градуса с оксидом бериллия, столько же должно быть и с нитридом алюминия. Ориентировочно 4-5 градусов должны получить с оксидом алюминия. Как то так.

---------- Сообщение добавлено 17:06 ---------- Предыдущее сообщение было 16:42 ----------

А что это у вас такое греющееся в TO220? Почему не поставить к примеру TO247, от ТО220 сложно отвести много тепла

В форуме по усилителям Вас не видно, там не только ТО247, но и ТО220 применяются в силу хорошего звучания.

[zoog]

Очень странно, что бериллий всего в 1,5 раза лучше слюды/эластика. У меня другие источники:

TO-220 Pрас=10Вт термопаcта КПТ-8
Разница температур (в градусах Цельсия):
- без прокладки 1-2
- розовая керамика t=1мм 5-6 (13 без пасты)
- белая керамика под TO-3 t=2мм 7
- номакон t=0.2мм 26 (28 без пасты)
- слюда t=0.06мм 10
- оксидированная алюминиевая пластина t=0.4мм 4-5
- AlN керамика (теплопроводность 180) t=1мм 1-2
- AlN керамика, мощность 20Вт, t=1мм 3-4
- без прокладки, мощность 20Вт 2-3

тестировал все прокладки и термопасты на 20Вт (24В/0.82А)
Паста КПТ-8 (за исключением последнего замера).
Площадь радиатора 2500см2.
Время прогрева 5минут.
(Т радиатора/Т кристала = дельта)
Прямой контакт без пасты 47 / 60 = 13град
прямой контакт + КПТ-8 - 47 / 52 = 5 град
Номакон голубой (0,28мм)- 43 / 73 = 30 град - тест принудительно преостановлен
Номакон серый (0,33мм) -- 45 / 67= 22 град
Слюда "толстая" (0,08мм)- 47 / 66 = 19 град
Слюда тонкая (0,02мм!!) - 46 / 58 = 12 град
Оксид китай (1мм)+КПТ8- 48 / 60 = 12 град
Оксид китай (1мм) +MX2 - 47/ 55 = 8 град
Емкость слюда 0.02мм - 350пФ
Оксид Алюминия 1мм - 70пФ

Сравнительная таблица материалов и тепловое сопротивление для корпуса ТО-247 (18х23мм)Материал подложки / толщина Теплопроводность (W/m*K) Тепловое сопротивление (K/W)
Слюда 0,05мм 0,7 0,17
Номакон 0,2мм 2 0,24
Al2O3 0,25мм 25 0,03
Al2O3 0,4мм 25 0,04
Al2O3 0,63мм 25 0,06
Al2O3 1,0мм 25 0,1
AlN 0,25mm 180 0,004
AlN 0,5mm 180 0,007
AlN 1,0mm 180 0,014
AlN 2,0mm 180 0,028
Данные в таблице расчетные, т.е. теоретически достижимые исходя из теплопроводности материалов. Понятно, что есть шероховатость и неплоскостность поверхности радиатора и транзистора.

Резисторы МЛТ-2 с длинными выводами из меди сами по себе являются эффективными передатчиками тепла.

Когда там медь была? Да и площадь проволочки.. + там тепло скорее от резистор придёт.

[wowa]

Когда там медь была? Да и площадь проволочки.. + там тепло скорее от резистор придёт.

поверьте, латунь так же жару даёт течь, возьмите такой резюк пальцами, конец вывода грейте паялом, через 15 секунд он вывалится из рук.

[zoog]

Куда сбежали 15 градусов?

Какие 15 градусов?

поверьте, латунь так же жару даёт течь

Не так же, разница почти порядок.

[wowa]

Куда сбежали 15 градусов?

Моя невнимательность, sorry.

[Alex]

Почему не поставить к примеру TO247, от ТО220 сложно отвести много тепла

А это вовсе не так однозначно.
Да, тепловой Case-Sink у ТО220 как правило вдвое выше, 0.5 против 0.25 у ТО247, но вот Junction-Case не настолько меньше - типовой 1.1 у ТО220 против 0.95 у ТО247, т.е. суммарно получается 1.6 против 1.2, что уже совсем не в два раза!

А если взять ТО220 не типовой, то у мнего может быть и J-C=0.5, т.е. меньше чем у ТО247, и суммарно получим 1.0 против 1.2, т.е. ТО220 будет лучше!
И чтобы победить этот ТО220 по теплоотдаче, уже придется брать не ТО247 а Супер-247, у которого J-C=0.25, и C-S=0.35, или суммарно 0.6

[Вергилий]

А это вовсе не так однозначно.
Да, тепловой Case-Sink у ТО220 как правило вдвое выше, 0.5 против 0.25 у ТО247, но вот Junction-Case не настолько меньше - типовой 1.1 у ТО220 против 0.95 у ТО247, т.е. суммарно получается 1.6 против 1.2, что уже совсем не в два раза!

А если взять ТО220 не типовой, то у мнего может быть и J-C=0.5, т.е. меньше чем у ТО247, и суммарно получим 1.0 против 1.2, т.е. ТО220 будет лучше!
И чтобы победить этот ТО220 по теплоотдаче, уже придется брать не ТО247 а Супер-247, у которого J-C=0.25, и C-S=0.35, или суммарно 0.6

Ну в контексте сабжа надо добавить еще прокладку, а она еще выигрыш для ТО247 даст.
Но за инфу спасибо, не знал что есть TO-220 с уменьшенным J-C. Примеры приведете? думаю, это касается мосфетов для ключевых применений...

[funny the rat]

но вот Junction-Case не настолько меньше - типовой 1.1 у ТО220 против 0.95 у ТО247

Ради справедливости у многих в ТО247 Junction-Case 0.625 (MJW1302 by example)

[Alex]

Ради справедливости у многих в ТО247 Junction-Case 0.625 (MJW1302 by example)

Так я же "типовой", типа "в среднем по больнице" брал, для обоих. Понятно что есть экземпляры и получше, среди и тех и тех.

Но за инфу спасибо, не знал что есть TO-220 с уменьшенным J-C. Примеры приведете?

Ну например IRFB42N20D.

думаю, это касается мосфетов для ключевых применений...

А других давно практически никто и не делает, но это вовсе не значит, что из нельзя использовать в линейных режимах.
Хотя, один персонаж тут чуть-ли не трактат об этом написал - для него это было полным откровением

[Olegyurich]

Почему то думается, что с ТО-220 и 5 Вт тепловыделения большой разницы теплопередачи между различными типами керамиками не будет, т.к. здесь присутствует еще и влияние термопасты с 2-х сторон керамики. По эксперименту имеем 2 градуса с оксидом бериллия, столько же должно быть и с нитридом алюминия. Ориентировочно 4-5 градусов должны получить с оксидом алюминия. Как то так.

Не так давно проделывал подобный эксперимент с IRLZ34N и прокладкой из оксида алюминия, рассеиваемая мощность 25 Вт, нагрев около 25 градусов относительно радиатора. Толщина прокладки 0.63 мм, паста КПТ-8.

[Walter]

ВеО, даже при применении «обычной» термопасты КПТ-19

Оксид китай (1мм)+КПТ8- 48 / 60 = 12 град

оксида алюминия...паста КПТ-8.

Коллеги, обычное развитие ситуации.
- А грется ноутбук видяха!!!!1111
- Разобрал, там термопаста твердая!!!1111 (Хотя это не паста, прокладка с фазовым переходом)
- Что вы мне чешите, не может паста стоить 5$, КТП-8 - военная разработка!!!111
- Перемазал на КТП-8, температура стала еще больше, чем была
- Принятие.

Если гоняетесь за единицами градусов, то пользуйте хотябы Zalman STG-2, или произносите "берилий" без предыхания.
Таже слюда с нормальной пастой будет на уровне керамики с КТП

В поисках перфекционализма,
КТП-8 годиться только как дешевый индикатор контакта - помазали, сняли, посмотрели отпечаток.