Il semiconduttore scalda...
Se alcuni corpi diventa caldi in quanto ricevono calore, altri sono essi
stessi fonte di energia termica. Nei circuiti elettronici, praticamente tutti i componenti
sono
generatori di calore, avendo una resistenza ed essendo attraversati da una
corrente. Un componente elettrico è caldo perchè genera calore per effetto Joule,
ovvero il calore è prodotto all' interno dello stesso componente. In alcuni
casi il fatto è ben visibile: pensiamo ad esempio alla resistenza di
riscaldamento di una stufa.
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In altri casi il "punto caldo" non è
direttamente visibile, in quanto si trova dentro l' oggetto.
Questo è il caso dei semiconduttori, dove il "cuore" del
dispositivo è costituito da una minuscola piastrina di silicio
("die"): il calore è generato dalle giunzioni realizzate in
questa piastrina.
Il "die", di pochi millimetri quadrati di
superficie, è inglobato al centro di un blocchetto di
materiale plastico o in un contenitore metallico sigillato (case) che ha
funzione di isolamento, supporto meccanico e trasmissione del calore
.
Le connessioni elettriche sono riportate all' esterno attraverso
pin o altri sistemi.
Nell' immagine a lato, un semiconduttore in package denominato TO-220, visto
in sezione. Si tratta di un package per semiconduttori di potenza, ma
di dimensioni limitate (è largo meno di 10mm e lungo un paio di
centimetri).
Il "die" è fissato a un "tab" metallico che ha
lo scopo di condurre all' eterno il calore generato.
Il "tab", come in questo caso, può avere anche la
funzione di fissaggio meccanico ad un sistema di raffreddamento; va
tenuto presente che, solitamente, per migliorare al massimo l'
accoppiamento termico tra "die" e "tab" non viene
interposto isolamento, per cui il "tab" è elettricamente
collegato ad un terminale del semiconduttore. |
Il punto caldo, dunque, è il centro della piastrina di silicio con cui è
realizzato il semiconduttore. Esso prende il nome generico di "giunzione"
(in inglese junction, abbreviato in j). Il nome
"giunzione" viene attribuito sia a componenti che hanno reali
giunzioni (transistor BJT, diodi raddrizzatori, LED, ecc), come a componenti
che non ne hanno (MOSFET) o ne hanno molteplici (circuiti intergrati), in
relazione al fatto che è nel die che si sviluppa il calore. E lo useremo
anche per componenti che non sono semiconduttori, come i resistori, che,
comunque, hanno un volume "centrale" che origina calore.
Il resto dei package è realizzato spesso con resine epossidiche, solitamente di
colore nero; pur essendo materie plastiche, non sono dei completi isolanti termici,
anche se presentano una resistenza al passaggio del calore ben maggiore di
quella del metallo del tab. Se si richiede una minore resistenza termica
si utilizzeranno package interamente metallici o con superfici metalliche più
grandi per lo
scambio del calore.
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