Giriş

Yarı iletken elemanların problemsiz çalışabilmesi isin sıcaklıklarının belirli sınırlar içerisinde kalması gerekmektedir. Sınır harici ısıdan meydana gelecek tahribatlardan korumak için, çok yüklü ısıya maruz kalan yan iletkenler, soğutuculara takılmalıdır. Kaybolan enerjinin ısıya dönüştüğü ilgili küçük yüzey iyi ısı iletim unsurlarıyla birlikte soğutucular kullanılarak arttırılabilir.

Bu katalog üst sınırının aşılmasını, önlemek amacıyla soğutucu seçimi konularını içermektedir.
Soğutucuların gerekli soğutmayı yapabilmeleri için malzemelerinin ısı iletkenlik katsayları, soğutma yüzeylerinin büyüklüğü, kütleleri önemlidir. Bunların yanında yüzeyin rengi,soğutucunun bağlandığı pozisyon ve yer, havanın sıcaklık derecesi ve Akış hızı ile nem oranı ısının aktarılmasında önemli etkenlerdir.

Şöyle özetleyebiliriz.

1- Yan iletken elemanda harcanan güce
2- Soğutucunun boyut ve şekline, yüzeysel özelliklerine ve pozisyonuna
3- Eleman ve soğutucu arasındaki işi transferine: Eleman ile soğutucu arasında ısı iletim katsayısı yuksek bileşimler kullanılarak termal direnç düşürülebilir.
Örnek Olarak:
a)    Isı iletici pasta kullanmadan eloksallı siyah soğutucu 0.05 - 0.20 K/W (TO-3 gövde için)
b)    Isi iletici pasta kullanılarak eloksallı siyah soğutucu 0.005 - 0.1 K/W (TO-3 govde için)
4- Eloksallanmamış yüzeye takılı elemandaki ısı direnci, eleksallanmış; yüzeye göre 2/3 defa daha büyüktür.
5- Soğutucunun verimi hava akış hızı arttırılarak yükseltilebilir. (Fan vs.)

           Bütün bu etkenler termal direncin (Isıl Direnç) bulunmasında çok karışık hesaplamalara yol açar. Bunlarla beraber termal direnci deneylerle güvenilir bir şekilde saptamak mümkündür. Cihazın çok yüklenmesi veya çok yükselen sıcaklık değerleri durumlarında seçilen soğutucunun kullanma yerine uygunluğunun test edilmesi tavsiye edilir. Ancak şüphe varsa bir büyük boy seçilir.

Düzeltme Fakörü
Siyah eloksallanmamış, soğutucularda : + l 5 %
Yatay pozisyonda baglanmış soğutucularda : + 20 % daha büyük soğutucu seçilmelidir.
Kullanılan Terimler

tj

= Cihazın, imalatçı tarafından gösterilen °C cinsinden maximum junction sıcaklığı, (emniyet faktörü olarak bu değer 20-30 °C azaltılmış olarak kullanılmalıdır.)

= Çevre sıcaklığı (°C)

tk

= Kılıf sıcaklığı (°C)

P

= Cihazın harcadığı max. güç (Watt)

Rth

= Termal direnç (K/W)

RthG

= Yarı iletken elemanın iç termal direnci (imalatçı firma tarafından belirtilir)

RthM

= Montaj yüzeyinin termal direnci (yarı iletken elemanla, soğutucu profil arasındaki bölgenin termal direnci)

RthK

= Soğutucunun termal direnci (diyagramdan direkt olarak bulunabilir)

RthGM

= RthG ile RthM'nin toplamıdır. (Junctiondan soğutucu profile kadar olan bölgenin termal direnci)

K

= Sıcaklık farklarının standart ölçüsü olarak "Kelvin" kullanılır.   1° C = 1° K

K/W

= Termal direncin birimi
Soğutucu Nasıl Seçilir ?
Aşağıdaki maddeler sırasıyla yapıldığında, soğutucu seçimi problemi kolaylıkla çözümlenmiş olacaktır.

1-   Çevre sıcaklığı tespit edilir. (Çevre sıcaklığı olarak Max. Çevre sıcaklığı alınmalıdır.)
2-   Yarı iletken elemanın junction sıcaklığı (tj) ve harcanılan güç (P) tespit edilir.
3-   Yarı iletken elemanın iç termal direnci (RthG) tespit edilir. (İmalatçı firma tarafından verilir)
4-   Montaj yüzeyinin termal direnci (RthM) tespit edilir.
5-   Bu değerler eşitlik-1'de yerine konularak soğutucunun termal direnci (RthK) bulunur.
6-   Bulunan (RthK) değerine göre soğutucu sınıfı belirlenir.
7-   Belirlenen bu sınıf içinden yarı iletken elemanımıza uygun tip seçilir.
8-   Bu soğutucu tipinin diyagramı sayesinde hangi boyda kesileceği tespit edilir.
Termal Direncin Saptanması

Elemanımızı soğutucu profile monte etmeye yarayan vidaların tespitinde uygulanacak tork, soğutucu profilin pozisyonu, hava akış hızı vb. gibi mekanik düşüncelerin dışında, en önemli parametre sadece termal dirençtir.

       Termal direncin hesaplanması için aşağıdaki eşitliğe başvurulur.

Eşitlik - 1
MAXIMUM JUNCTION Sıcaklığının Hesaplanması

Gövdenin üzerinden ölçülen ısı sayesinde junction sıcaklığı hesaplanır. Bu sayede elemanın maximum junction sıcaklığını aşığ aşmadığı kontrol edilir. Bu hesap, bütün pratik amaçlar için yeterli yaklaşıklıkta sonuç verir.

 

esitlik2.jpg (1611 bytes)

Eşitlik 2
Birden Fazla Eleman İçin (RthGM)'nın Hesaplanması

Eğer bir soğutucu profil üzerine birden fazla sayıda yarı iletken eleman peşpeşe bağlanmışsa (RthGM) değeri aşağıdaki eşitlikle tespit edilir.

Eşitlik 3

     Buradan elde edilen sonuç, (Eşitlik-1)'de yerine konulabilir.

(Bk. Termal Direncin Saptanması)

Montaj Yüzeyinin Termal Direnci

Montaj yüzeyinin termal direnci olarak, T03 gövdeler için aşağıdaki değerler kullanılır :

1- Kuru, izalatörsüz 0.05 - 0.020 K/W
2- Isıl iletken yağlı, izalatörsüz 0.005 - 010 K/W
3- Alüminyum oksit izalatör ile ısıl iletken 0.20 - 0.60 K/W
4- Mika izalatör (0.05 mm kalınlığında) ile ısıl iletken 0.40 - 0.90 K/W
Termal Direnci Bilinmeyen İzalatörlerin Termal Direnci

Karşımıza daha farklı izalatör çıktığında temal direncini şu şekilde saptayabiliriz :

     Önce, termal direnci belli olan bir soğutucu profil alınır. bu profil üzerine termal direncini bilmediğimiz izalatör ile birlikte yarı iletken eleman bağlanır. Soğutucunun termal direnci (RthK), kılıf sıcaklığı (tk) çevre sıcaklığı (tç) ve yarı iletken elemanın harcadığı güç (P) verildiğinden, bu değerler,

      Formülünde yerine konularak izalatörün termal direnci (RthM) bulunur. Bu deney yapılırken thermal run-away'e girmeye dikkat etmelidir.   Aynı testi, termal direncini bildiğimiz bir izalatörle yapıp, yukarıdaki formülden izalatörün termal direncini bulursak ve bulduğumuz değer gerçek değeri tutarsa, termal direnci belli olmayan izalatör için yaptığımız test ve hesaplamaların da doğruluğunu ispatlamış oluruz.

      Ancak bulduğumuz (RthM) değerini 0.20 K/W toleransla vermeliyiz. Örneğin, (RthM) değerini 0.50 K/W bulmuşsak, bu değeri 0.30-0.70 K/W şeklinde göstermeliyiz.

ALLGEMEINE ANGABEN

Um die Temperaturgrenze von Halbleiterelementen bei hohen Betriebsbelastungen nicht zu überschreiten (Zerstörung des
Halbleiters), müssen die Bauelemente auf Kühlkörper montiert werden. Dadurch kann die relativ kleine Fläche, in der sich
die Verlustleistung in Wärme umsetzt, vergrössert und die Wärme besser abgef'ührt werden.

       Der thermische Widerstand ist von folgenden Faktoren abhängig:

1. der Verlustleistung des Halbleiters
2. der Grösse, Fonn, des Materials, der Oberflächenbeschaffenheit und Einbaulage des Kühlkörpers.
3. des Wärmeübergangs vom Halbleiter zum Kühlkörper. Er kann durch Benützung von Wämreleitpaste auf ein Minimum reduziert werden.
Wämreableiter eloxiert, o. Paste: 0.35 °C/W (TO-3) Wärmeableiter eloxiert, m. Paste:0.15 °C/W (TO-3)
4. Bei blanker Auflagefläche vvird der thermische Widerstand zwei bis dreimal kleiner als bei schwarzeloxierter Auflagefläche.
5. Der Wirkungsgrad des Kühlkörpers kann auch, durch verstärkte Kühlung (Ventilator verbessert werden.

       Die im Katalog angegebenen Werte gelten für mattschwarz eloxierte Kühlkörper (mit Ausnahme der CS 400 + 500 Typen) in vertikaler Einbaulage und natürlicher Konvektion mit Wärmeleitpaste.

       Berechnung des Warmewiderstandes
       Zur Ermittlung des Wärmewiderstandes gilt folgende Formel:

     

RthG = innerer Wärmewiderstand des Halbleiters in °C/W
Rth = Wärmewiderstand des Kühlkörpers in °C/W
RthK = Wärmewiderstand vom Kühlkörper zum Halbleiter
Tj = Sperrschicht oder junctiontemperatur
Tu = Umgebungstemperatur
Ptot = Verlustleistung des Halbleiters in Watt

           Korrekturfaktoren:
           Blanke OberfIäche des Kühlkörpers: +15%
           Horizontale Lage des Kühlkörpers: +20%

GENERAL DATA

Heavily loaded semi-conductor devices have to be mounted on heatsinks to prevent them from overheating and thus being destroyed. The relative small surface at which the lost energy appears as heat can be increased by use of heatsinks with resultant better heat conduction and hence cooling.

     The thermal impedance is dependent on the following factors:

1. the power loss in ihe semi-conductor device
2. the size and shape of ihe material, its surface properties and the positioning of the device
3. the thermal transfer between the device and the heatsink. The thermal resistange can be reduced to a minimum by using thermal transfer compound. Heat sink black anodized, without thermal transfer compound: 0.35 °C/W (TC-3)
Heat sink black anodized, with thermal transfer compound: 0.15 °C/W (TC-3)
4. With non anodised mounting surface the ihermal impedance is two to three times smaller than anodised.
5. The working efficiency of a heatsink can be increased by increasing the air flow.

     The figures given in the catalogue are valid for matt black anodized heatsinks (with the exception of the CS 400 and CS 500 types) using heat-conductive paste and mounted vertically for natural convection.

     Calculation of thermal impedance
     The thermal resistance may be calculated:

     

RthG = Internal thermal impedance of the semiconductor in °C/W
Rth = Thermal impedance of the heatsink in °C/W
RthK = Thermal impedance of the profile to the semiconductor device
Tj = Barrier layer of junction temperature
Tu = Ambient temperature
Ptot = Power loss in the semi-conductor in watts.

      Corretion factors:

      blank surface: +15%
      horizontal position: +20%

Contact us

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do.