RAFFREDDAMENTO DEI SEMICONDUTTORI



 

La corretta dissipazione dell'energia termica, nei componenti attivi, è una garanzia di lungo e sicuro funzionamento.

I radiatori, chiamati pure raffreddatori, proteggono le giunzioni dei semiconduttori, assicurando il loro normale comportamento.

Il concetto di resistenza termica riveste grande importanza nella pratica dell'elettronica. Perché da esso dipende la qualità del funzionamento e la durata nel tempo di buona parte dei montaggi realizzati.

Ogni fenomeno elettrico è sempre accompagnato, in misura minore o maggiore, da effetti termici. La lampadina, ad esempio, il cui compito dovrebbe essere soltanto quello di far luce, quando è accesa scotta. Il trasformatore, il cui compito principale è quello di abbassare od elevare una tensione, si riscalda. Il televisore in funzione emana calore. Dunque, questi e tantissimi altri esempi, stanno a dimostrare che i conduttori elettrici, al passaggio della corrente, aumentano la loro temperatura, la quale raggiunge valori sempre più elevati con l'aumentare dell'intensità di corrente che li attraversa. E se vogliamo citare un dato preciso, possiamo ricordare che, quando si superano i 6 A per millimetro quadrato di sezione di filo conduttore di rame, la temperatura del cavo oltrepassa gli 80°C, divenendo assai pericolosa. Questo tipo di produzione di energia termica, è causato dagli urti che le particelle infime della materia subiscono nel sostenere il flusso di corrente elettrica. In fisica esso assume le denominazione di "Effetto Joule" e viene sfruttato nella costruzione di alcuni dispositivi, come ad esempio le stufette per riscaldamento e i ferri da stiro. Ma il più delle volte costituisce un fenomeno negativo, da evitare e da combattere. Così come accade nell'uso dei semiconduttori, diodi, transistor e circuiti integrati, per i quali si deve intervenire in modo appropriato, dimensionando oculatamente i valori di tensioni e correnti ed applicando ad essi idonei elementi raffreddatori.

ESEMPI PRATICI

Osserviamo i disegni riportati in figura 1.

   

Fig. 1 - Rappresentazione fisica, a sinistra, di un transistor e del suo simbolo elettrico, a destra.

Sulla sinistra è presente lo schema fisico di un transistor, sulla destra il simbolo grafico. Sigle e frecce indicano le tensioni e le correnti che interessano il componente in funzione. Dalle quali, pertanto, dipende il suo grado di riscaldamento. Infatti si dice che la corrente di collettore le provoca una perdita di potenza, pari al prodotto le x Vce (tensione collettore-emittore), che viene appunto trasformata in calore. E questo può essere di lieve entità nei transistor cosiddetti di segnale, ma può raggiungere valori molto grandi nei transistor di potenza.
Anche la corrente di base Ib (non citata negli schemi di figura 1), è in grado di provocare perdite, per effetto Joule, pari al prodotto Ib x Vbe (tensione base-emittore), ma si tratta comunque di perdite trascurabili.
Sempre dalla figura 1 è possibile dedurre che la corrente di emittore le corrisponde alla somma delle due correnti di collettore e di base (le = le + Ib). E questa stessa osservazione si estende alla tensione Vce, che è pari alla somma delle due tensioni Vcb e Vbe (Vce = Vcb + Vbe).