¿Qué tan apretado puedo montar un TO-220 en una barra de bus?

Estoy construyendo un pequeño circuito de conmutación que consta de 8 MOSFET (bloqueo bidireccional, 4 en cada dirección), que debería cambiar 100-200A a aproximadamente 1 kHz.

Llegué a la conclusión de que, dado que los PCB con una capa gruesa de cobre no están disponibles, una solución mucho mejor es simplemente montar los MOSFET directamente en una barra de bus, en la que también se montan los cables de alimentación. Por lo tanto, solo necesito soldar el pin de fuente entre los MOSFET (al aire libre). Esto resuelve varios problemas: buena disipación térmica, baja caída de voltaje del cable al MOSFET y fácil montaje / reemplazo de todos los componentes con muy poca soldadura.

Mi pregunta es: ¿qué tan apretado debo apretar el paquete TO-220 a la barra de bus? ¿Estoy en lo cierto al suponer que todos los componentes electrónicos están dentro de la parte de plástico negro y que, por lo tanto, puedo apretarlos tan fuerte como quisiera? ¿Hay algún problema potencial, por ejemplo, la deformación por calor que causa una mala conexión, etc.?

Aquí está mi esquema para los curiosos:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Editar: Enlace agregado a la hoja de datos MOSFET . Hoja de datos del fabricante que muestra los detalles del paquete, pero no muestra D conectado a la pestaña.

La parte de la que está tratando de sacar el calor está aproximadamente en el centro de la parte de plástico negro y montada contra el marco de plomo. Al distorsionar el marco de plomo (la parte metálica) al apretarlo demasiado, se producirá una transferencia de calor deficiente e incluso podría dañar la unión del troquel al marco de plomo o al troquel en sí mismo si dobla el marco de plomo de metal blando, incluso ligeramente.

Usted debe no sobresalir de la parte que contiene el dado como se muestra en la parte izquierda de la foto-idealmente esa es la parte que desea en íntimo contacto con el disipador de calor. El tornillo está desplazado porque es inconveniente poner un tornillo justo en el centro del troquel, pero realmente está tratando de crear contacto y algo de presión entre la parte debajo del plástico y el disipador de calor. Algunos fabricantes usan clips de resorte que presionan el plástico en sí. Desde una página de Infineon , aquí hay una parte con un gran dado interno. Tenga en cuenta que la matriz es de silicona quebradiza y el marco de plomo es blando y maleable.

Vishay Siliconix recomienda un torque de 15 in-lb (1.7 Nm) para sus paquetes TO-220. Hay una ventaja limitada sobre 10 in-lb, como se muestra aquí:

Es bastante común usar destornilladores dinamométricos y llaves con dispositivos de potencia, y como cualquier otra cosa, pueden requerir calibración y pruebas regulares. Los económicos, como los utilizados por armeros, etc., comienzan en alrededor de $ 50 US.

¿Estoy en lo cierto al suponer que todos los componentes electrónicos están dentro de la parte de plástico negro,

si,

y que por lo tanto puedo apretarlo tan fuerte como quisiera?

No, ya que eso deformaría la parte de metal que estás atornillando en la barra de bus, y eso no jugará bien con el interior de la parte de plástico negro :)

Pero suponiendo que no esté planeando usar fuerza bruta:

El trabajo de presionar la caja contra la barra de metal es minimizar el grosor de la capa de grasa térmica entre la caja y la barra. En algún momento, ese aumento de presión ya no reducirá significativamente el grosor. Yo lo llamaría "rápido a mano con un destornillador común"; pero estoy seguro de que un estándar oficial documenta eso.

EDITE con la hoja de datos alternativa que realmente muestra que la pestaña está conectada al drenaje, su circuito tiene mucho más sentido :)

Entonces sí, en ese caso, no hay grasa térmica. En cambio, simplemente lo soldaría a la barra del autobús

• aplicando pasta de soldadura y colocando los transistores en la barra colectora (ni necesariamente asegurándolos con un tornillo, a menos que el conjunto pueda sufrir vibraciones sustanciales: en ese caso, el tornillo es obligatorio para disminuir el riesgo de agrietamiento de las juntas de soldadura),
• calentar la barra de bus desde abajo hasta el punto en que la pasta de soldadura se derrita y haga un buen contacto,
• apaga la calefacción,
• e inmediatamente comience a enfriarlo, probablemente con una corriente de aire fresco, para asegurarse de que la "ola de calor" que viene de abajo no alcance una temperatura mucho más alta. Sin embargo, no se exceda con el enfriamiento, ya que los rápidos cambios térmicos no son buenos para las propiedades de la unión de soldadura ni para la integridad de su transistor.

Tenga en cuenta que podría ser más fácil hacer esto con el paquete 263.

Sugeriría que si persevera con conexiones de alta corriente a paquetes TO-220, está creando un escenario de reparación / servicio de campo de pesadilla para usted. Para cualquier aplicación profesional, es mucho mejor elegir un dispositivo basado en un módulo como este . Los módulos son, con mucho, los mejores cuando se considera cualquier cosa que deba estar atornillada a un conjunto de barras colectoras y hoy en día no son demasiado caros.
Una vez que se encuentre en el rango de 50-100 A, los tamaños de los cables tienden a ser difíciles de manejar y deben anclarse firmemente. Las uniones de soldadura simples siempre están en riesgo y pueden volverse quebradizas con el tiempo.

Para cualquier pasatiempo debe considerar:

1. El perno que sujeta el paquete a la barra colectora para TO-220 es demasiado pequeño. Incluso si usa todo el diámetro del orificio de montaje TO-220, es poco probable que pueda lograr una presión de pestaña de> 10 in / lb con una estabilidad real a largo plazo, incluso con una arandela de acero y resorte. Los contactos de presión como este no son viables a altas corrientes.

2. Soldar un paquete TO-220 siempre es una opción, pero soldar varios dispositivos a una barra colectora es una solución inviable, es poco probable que pueda repararlo.
   Suelde el paquete a una tira de cobre (utilizo pestañas de cobre ETP de 0.125 x 0.5 x 1.25 para este propósito). Estos se pueden soldar fácilmente en un cajón SMT (agregue la pestaña, luego, cuando esté a temperatura, agregue el dispositivo con fundente en la parte posterior), pestañas como estas permiten tamaños de pernos de montaje múltiples y mucho más grandes con una capacidad de torque razonable. Cuando atornille las pestañas a la barra colectora, limpie las juntas pero no use grasa para disipadores térmicos, ya que no es conductora de electricidad. Utilice siempre una arandela plana y de resorte de acero debajo de la tuerca y una arandela plana debajo de la cabeza del tornillo.

3. Las conexiones del bastidor principal TO-220 no están diseñadas para conexiones de cables libres, especialmente a corrientes más altas. Si tiene que hacer esto, use una férula de alambre de soldadura como esta para garantizar una unión de soldadura libre de estrés menos probable que envejezca la temperatura. También debe soportar el cable, ya que el marco principal se romperá si tiene incluso un entorno de vibración media. El marco principal no debe exponerse a fuerzas laterales o de flexión. Es una buena idea apoyar conexiones como esta con una barrera de dos piezas para aliviar el estrés.

Según el gráfico, parece que 10 in-lb es el par que debe usar.

Debido a posibles problemas mecánicos y de calentamiento, recomiendo usar una arandela de seguridad metálica entre la cabeza del tornillo y la pestaña TO-220. Además, debe minimizar el voladizo, pero no tan corto como para que los cables estén en una posición propensa a cortocircuitar a la barra de bus.
Creo firmemente que no hay mejor maestro que experiencia, así que adelante y construya el circuito, "le mostrará" cualquier deficiencia que pueda tener su diseño. Tenga en cuenta que esto está bien para un prototipo , no para un producto comercial terminado.

Qué tan apretado es de 7 nm. Use una tuerca y un tornillo con una arandela de bloqueo de estrella externa y un poco de loctite de bloqueo de rosca permanente sostendrá un paquete to220 de forma segura.