¿Cómo puede estar un transistor de alto voltaje en un empaque tan pequeño?

Por ejemplo:

• STN0214 - Transistor de potencia NPN de muy alta tensión

Se dice que acepta más de 1 kV entre su colector y su emisor. Viene en un paquete SOT-223 (3 pines más una pestaña). Con una resistencia dieléctrica de 1 kV / mm para aire húmedo, ¿no puede aparecer un arco entre los electrodos?

¿O tiene que encerrar el paquete en pegamento u otro material con mayor resistencia dieléctrica que el aire?

Hmm, parece apretado. El paso del pasador es de 2,3 mm, y el ancho máximo del pasador es de 0,85 mm, dejando un espacio mínimo de 1,45 mm entre los pasadores. El transistor se especifica para 1.4 kV CE, que están en pines adyacentes, por lo que eso es solo alrededor de 1 kV / mm. Como dije, eso parece apretado, y tendrías que tener cuidado al diseñar la huella de PCB para no empeorarlo.

Por lo general, hago las almohadillas de PCB un poco más anchas que las clavijas, pero en este caso no lo haría. Incluso si hace que las almohadillas tengan el mismo ancho que las clavijas, cualquier error de alineación corta el espacio.

En general, preferiría un paquete más grande con más espacio entre los pines para obtener algo menos de 1 kV / mm.

Sí, normalmente aplicaría un compuesto para sellar los pasadores después del montaje. Incluso para espacios mucho más grandes, esto se hace normalmente ya que los cables a menudo tienen esquinas afiladas (más propensos a la corona y a la ruptura). Rutinariamente agregamos algo como Corona Dope incluso a componentes bastante grandes (relés de alta tensión, etc.) cuando el voltaje sube y supera 1kV. Esto proporciona una protección del orden de ~ 145 kV / mm y suprime tanto los arcos como la descarga de corona . Seguramente Corona Dope no es el compuesto más adecuado para esta parte, por supuesto, es solo para dar el ejemplo. En cualquier caso, se requeriría algún tipo de recubrimiento aislante conforme en un sistema que operara el dispositivo a su clasificación máxima de 1.4kV.

Lo que sería de mayor preocupación sería la propia PCB y las huellas / almohadillas: el chip es demasiado apretado para los materiales estándar de PCB de bajo voltaje y los estándares de diseño (es decir, una placa hecha con materiales especificados por IPC). Por ejemplo, las especificaciones IPC2221A indican un espacio mínimo para conductores externos con recubrimiento permanente (es decir: conductores de chip, suponiendo que anteriormente) como:

• 0.8mm @ 500V + 0.00305mm / V adicionalmente
• -> para 1.4kV esto es 0.8 + 900 * 0.00305 = 3.545mm

Incluso los rastros internos de la placa tendrían que estar más separados (2.5 mm, según un cálculo similar) de lo que permite el chip. Otras consideraciones para los PCB de media o alta tensión es la forma de las almohadillas y las trazas, que a menudo deben ser redondeadas, eliminando esquinas afiladas donde las huellas cambian de dirección y usando almohadillas rectangulares redondeadas en lugar de cuadrados con esquinas afiladas.

Por lo tanto, además de la necesidad de recubrir los cables del componente con un compuesto aislante después del montaje, una PCB estándar diseñada para circuitos de bajo voltaje no sería apropiada para este componente en su clasificación máxima. Por lo tanto, deberá montarlo en una placa diseñada específicamente para aplicaciones de media tensión (generalmente ~ 600-3000V).

No está claro cuál es la distancia mínima real entre el colector y los otros pines, pero parece ser un poco más de 1 mm. Probablemente en una carcasa sellada con aire seco que sería suficiente (¡suponiendo que alguien lo use cerca de la clasificación máxima!). Otra posibilidad es aplicar un recubrimiento conforme .

PERO, el hecho de que el transistor pueda manejar este voltaje no significa que DEBE operarlo hasta ese voltaje. Si lo opera, por ejemplo, a 600 V, tendría un margen considerable antes de que el transistor se rompa. En algunas situaciones eso podría ser bueno tener.

Las consideraciones primarias de alto voltaje son el espacio libre y la fuga en la capa física. El espacio libre es el camino más corto entre los puntos de interés y el estándar generalmente utilizado es IPC-2221A. La fuga es el camino eléctrico más corto en la PCB. Si cualquiera de estas distancias es menor que la encontrada en la referencia anterior, entonces, como se supone, se requiere un compuesto con mejores propiedades aislantes. La referencia anterior proporciona valores para tableros con y sin revestimiento para capas superficiales. Hay varias soluciones a este problema. Esta es una respuesta simple a su pregunta específica. El alto voltaje tiene muchos más problemas a tener en cuenta.