Transistor et dissipation

[boux]

Bonjour, j'aimerais avoir votre éclaircissement sur la dissipation d'un transistor.
Souvent, on peut observer dans les datasheets des fabricants la phrase suivante :
"Total Power dissipation : 500mW - Condition : Device mounted pad for collector 1cm2"

Autrement dit, dans ce cas le fabricant garantie que le transistor peut dissiper 0,5W à condition qu'il soit monté sur une plage de dissipation d'1cm2.

Faut-il toujours placer cette plage de dissipation sur le collecteur comme c'est écrit dans la datasheet?

J'aurais tendance à la mettre à la sortie du transistor donc sur l'émetteur sur un canal N et sur le collecteur sur un canal P.

Merci d'avance.
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[jiherve]

bonsoir,
en fait il n'y a pas le choix, le dissipateur est raccordé sur la semelle du composant qui est le collecteur ou le drain, je ne connais pas de contre exemple.
JR

[boux]

Merci de ta réponse.

Dans le cas d'un SOT-23 (par exemple un BC817K https://www.nexperia.com/products/bi...BC817K-40.html), c'est le collecteur qui va dissiper du coup ?

[jiherve]

Re
c'est indiqué dans la data sheet table 6.
Mais un sot23 ce n'est pas vraiment conçu pour dissiper
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Le fait que le collecteru, ou le drain, est connecté au boitier métallique est du à la manière dont le composant est fabriqué. Les puces actives pour l'électronique de puissances sont (à l'exception des nouveaux H-EMT GaN) des composants verticaux : le courant traverse la puce de silicium (mesurant de quelques mm à 13 mm de côté et aillant une épaisseur de l'ordre de 50 à 500 µm) orthogonalement à sa surface. Il faut donc une électrode de puissance (drain ou source) sur l'une des faces et l'autre électrode de puissance sur l'autre face.
Or, le travail de gravure consistant à transformer un morceau de silicium en un transistor se fait quasi-exclusivement sur l'une des faces de la puce. C'est au cours de cette "gravure" que l'on crée l'électrode de grille et quelques éléments annexes (anneaux de garde, doigts de distribution de la grille, électrodes de contrôle, etc.), sur la même face que l'électrode de source. L'électrode de grille n'as pas besoin d'être de grande dimension puisqu'on y fait passer qu'un courant très faible en comparaison à celui traversant l'électrode de source.

La puce de transistor est donc une fine lamelle de silicium, avec l'une de ses faces entièrement dédiée à l'électrode de drain et sur l'autre les électrodes de grille, de source et divers éléments annexes.

Il s'agit alors de monter le composant dans un package.
Pour cela, on va (très généralement) braser ("souder") l'une des faces de la puce sur une face et utiliser des fils de bonding sur l'autre face. La face de la puce avec l'électrode de drain ne contient qu'une unique électrode de grandes dimensions couvrant toute la surface de la puce. Il apparait alors beaucoup plus simple de braser la face avec l'électrode de drain et d'utiliser des fils de bondings pour connecter localement la source et la grille au circuit.

Dans les composants de puissance, la face de la puce avec l'électrode de drain (dite "face arrière" de la puce) est alors brasée sur une plaque de cuivre ("semelle") épaisse (1-2 mm) qui va permettre d'assurer la connexion électrique au reste du circuit, mais également d'extraire la puissance thermique dissipée au sein de la puce. C'est cette semelle qui constitue le morceau de cuivre nickelé dépassant d'un TO220.

C'est la raison pour laquelle l'immense majorité des composants de puissance en boitier métallique a son ou collecteur de relié au-dit boitier.

Il y a plusieurs inconvénients à cette technique, en particulier de fiabilité et liés au fait que la majorité de la puissance dissipée par la puce l'est près de la source. Les fabricants de boitiers cherchent donc constamment à améliorer ces technologies, par exemple en utilisant de meilleurs alliages de brasure, en brasant la puce des deux côtés, etc.

Galerie :
Module de puissance : plusieurs puces (diodes et IGBT) sont brasées (en face arrière) sur une feuille de cuivre (celle d'un DBC), tandis que leurs faces avant sont connectées par de multiples fils de bonding :
1384947038Fig1.jpg
(source : https://www.powersystemsdesign.com/a...nology/22/5855)

Vue 3D d'une puce d'IGBT de puissance :
fs239.PNG

Photo de la face avant de deux puces de MOSFET de puissance :
fs240.PNG

Schéma en coupe (sans soucie d'échelle) d'un module de puissance (gauche) et d'un composant discret (droite)
fs241.PNG

Composant en TO220 en, cours de fabrication : semelle avant brasure des puces et de l'ajout de l'enrobage epoxide :
fs243.PNG

[Antoane]

En brasant la "grande" plage de cuivre du PCB destinées à la dissipation au collecteur, tu crées un lien thermique à (relativement) faible impédance thermique entre la puce et le PCB : la chaleur doit seulement traverser :
- la puce,
- la brasure entre la puce et la semelle reliée au collecteur (face arrière)
- la semelle et la broche de collecteur
- la brasure entre la broche de collecteur et le PCB

Alors qu'en brasant la "grande" plage de cuivre du PCB destinées à la dissipation à l'émetteur, tu crées un lien thermique à (relativement) haute impédance thermique entre la puce et le PCB, la chaleur devant alors traverser :
- les fils de bondings (qui présentent une forte résistance thermique) reliant la face avant de la puce à la broche d’émetteur
- la broche d'émetteur
- la brasure entre la broche d'émetteur et le PCB.

Il faut donc effectivement relier cette plage de cuivre à la broche de drain/collecteur pour optimiser les performances.

[boux]

Merci pour ces précisions ! C'est donc lié à la fabrication du composant, je comprends mieux.