Quão apertado posso montar um TO-220 em um barramento?

Estou construindo um pequeno circuito de comutação composto por 8 MOSFETs (bloqueio bidirecional, 4 em cada direção), que deve alternar 100-200A a cerca de 1kHz.

Concluí que, como o PCB com uma espessa camada de cobre não está prontamente disponível, uma solução muito melhor é simplesmente montar os MOSFETs diretamente em um barramento, no qual os cabos de energia também estão montados. Assim, eu só preciso soldar o pino de origem entre os MOSFETs (ao ar livre). Isso resolve vários problemas: boa dissipação térmica, queda de baixa tensão do cabo ao MOSFET e fácil montagem / substituição de todos os componentes com pouquíssima solda.

Minha pergunta é: quão apertado devo apertar o pacote TO-220 no barramento? Estou correto ao supor que todos os componentes eletrônicos estão dentro da peça de plástico preto e, portanto, posso apertá-lo com a força que eu gostaria? Existem problemas em potencial, por exemplo, deformação por calor, causando má conexão, etc?

Aqui está o meu esquema para os curiosos:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Edit: Adicionado link para a folha de dados MOSFET . Folha de dados do fabricante mostrando detalhes do pacote, mas não mostrando D conectado à guia.

A peça da qual você está tentando extrair o calor fica aproximadamente no centro da peça de plástico preto e montada contra a estrutura de chumbo. Distorcer o quadro de chumbo (a parte de metal) por aperto excessivo resultará em baixa transferência de calor e poderá danificar a ligação do molde ao quadro de chumbo ou ao próprio molde se dobrar o quadro de chumbo de metal macio, mesmo que ligeiramente.

Você não deve exceder a parte que contém a matriz, como mostrado na parte esquerda da sua foto - idealmente, essa é a parte que você deseja em contato íntimo com o dissipador de calor. O parafuso está deslocado porque é inconveniente colocar um parafuso diretamente no centro da matriz, mas você está realmente tentando criar contato e alguma pressão entre a peça sob o plástico e o dissipador de calor. Alguns fabricantes usam clipes de mola que empurram o próprio plástico. Em uma página da Infineon , aqui está uma peça com um enorme dado interno. Lembre-se de que a matriz é de silicone quebradiço e a estrutura de chumbo é macia e maleável.

A Vishay Siliconix recomenda torque de 15 in-lb (1,7 Nm) para seus pacotes TO-220. Há uma vantagem limitada acima de 10 in-lb, como mostrado aqui:

É bastante comum o uso de chaves de fenda e chaves de torque com dispositivos de potência e, como qualquer outra coisa, eles podem exigir calibração e testes regulares. Os baratos, usados ​​pelos armeiros, etc. começam em cerca de US $ 50.

Estou correto ao assumir que todos os eletrônicos estão dentro da parte de plástico preto,

sim,

e que, portanto, posso apertá-lo com a força que eu gostaria?

Não, já que isso deformaria a peça de metal que você está parafusando no barramento, e isso não funcionará bem com o interior da peça de plástico preto :)

Mas supondo que você não esteja planejando usar força bruta:

O trabalho de pressionar a caixa contra a barra de metal é minimizar a espessura da camada de graxa térmica entre a caixa e a barra. Em algum momento, esse aumento de pressão não reduzirá significativamente a espessura. Eu chamaria isso de "mão-rápida com uma chave de fenda comum"; mas tenho certeza de que um padrão oficial documenta isso.

EDIT com a folha de dados alternativa que realmente mostra a guia está conectada ao dreno, seu circuito faz muito mais sentido :)

Então, sim, nesse caso, sem graxa térmica. Em vez disso, eu simplesmente o soldaria no bar

• aplicando pasta de solda e colocando os transistores na barra de barramento (nem necessariamente os prendendo com um parafuso, a menos que o conjunto possa sofrer vibrações substanciais: nesse caso, o parafuso é obrigatório para diminuir o risco de trincas nas juntas de solda),
• aquecendo a barra de barramento de baixo ao ponto em que a pasta de solda derrete e faz um bom contato,
• desligue o aquecimento,
• e então imediatamente comece a esfriá-lo, provavelmente com uma corrente de ar fresco, para garantir que a "onda de calor" vinda de baixo não atinja uma temperatura muito mais alta. Porém, não exagere no resfriamento, pois as rápidas mudanças térmicas não são boas para as propriedades da junta de solda nem a integridade do seu transistor.

Observe que pode ser mais fácil fazer isso com o pacote 263.

Eu sugiro que, se você perseverar com conexões de alta corrente aos pacotes TO-220, esteja criando um cenário de serviço / reparo em campo de pesadelo para si mesmo. Para qualquer aplicação profissional, é muito melhor escolher um dispositivo baseado em módulo como este . Os módulos são de longe os melhores quando se considera qualquer coisa que deva ser aparafusada a um conjunto de barramento e hoje não são muito caros.
Quando você chega na faixa de 50 a 100 A, o tamanho dos cabos tende a se tornar pesado e precisa ser firmemente ancorado. As juntas de solda simples estão sempre em risco e podem se tornar quebradiças com o tempo.

Para qualquer hobby, você deve considerar:

1. O parafuso que segura a embalagem no barramento do TO-220 é muito pequeno. Mesmo se você usar todo o diâmetro do tamanho do furo de montagem TO-220, é improvável que você consiga atingir uma pressão da guia> 10 in / lbs com qualquer estabilidade real a longo prazo, mesmo com uma arruela de aço e mola. Contatos de pressão como esse não são viáveis ​​em altas correntes.

2. Soldar um pacote TO-220 é sempre uma opção, mas soldar vários dispositivos em um barramento é uma solução impraticável. É improvável que você possa consertá-lo.
   Solde a embalagem a uma tira de cobre (use abas de cobre ETP de 0,125 x 0,5 x 1,25 para essa finalidade). Elas podem ser soldadas facilmente em uma gaveta SMT (adicione a aba e, quando houver temperatura, adicione o dispositivo com fluxo na parte traseira), abas como essas permitem tamanhos de parafusos de montagem múltiplos e muito maiores com capacidade de torque razoável. Quando você aparafusar as abas ao barramento, limpe as juntas, mas não use graxa de dissipador de calor, pois não é eletricamente condutora. Sempre use uma arruela plana de aço e mola sob a porca e arruela plana sob a cabeça do parafuso.

3. As conexões do quadro de derivação TO-220 não foram projetadas para conexões de fio livres, especialmente em correntes mais altas. Se você precisar fazer isso, use uma ponteira de arame de solda como esta para garantir uma junta de solda sem estresse com menor probabilidade de envelhecimento da temperatura. Você também precisa apoiar o fio, pois o quadro principal se romperá se você tiver um ambiente de vibração média. O quadro principal não deve ser exposto a nenhum lado ou forças flexíveis. É uma boa idéia oferecer suporte a conexões como essa com uma barreira de duas peças como alívio do estresse.

No gráfico, parece que 10 pol-lb é o torque que você deve usar.

Devido a possíveis problemas mecânicos e de aquecimento, recomendo o uso de uma arruela de pressão de metal entre a cabeça do parafuso e a lingüeta TO-220. Além disso, você deve minimizar a saliência, mas não tão curta que os condutores estejam em uma posição propensa a curto-circuito na barra de barramento.
Acredito firmemente que não há professor melhor do que experiência; portanto, vá em frente e construa o circuito, ele "mostrará" quaisquer deficiências que seu projeto possa ter. Lembre-se de que isso é válido para um protótipo , não para um produto comercial acabado.

Quão apertado é 7nm. Use uma porca e parafuso com arruela de pressão em estrela externa e um pouco de loctite do cacifo de rosca permanente segurará um pacote to220 com segurança.