มุมมองด้านหน้าของ TO-220 ^{[ 1 ]}

มุมมองด้านหลังของ TO-220 ^{[ 1 ]}

TO -220เป็นรูปแบบบรรจุภัณฑ์ อิเล็กทรอนิกส์ ที่ใช้สำหรับส่วนประกอบแบบรูทะลุที่มีกำลังสูง โดยมี ระยะห่างระหว่างขา 0.1 นิ้ว (2.54 มม.) คำว่า "TO" ย่อมาจาก "transistor outline" ^{[ 2 ]}บรรจุภัณฑ์ TO-220 มีสามขา นอกจากนี้ยังมีการผลิตบรรจุภัณฑ์ที่คล้ายกันที่มีสอง สี่ ห้า หรือเจ็ดขา คุณลักษณะที่โดดเด่นคือแถบโลหะที่มีรู ใช้สำหรับยึดเคสเข้ากับฮีทซิงค์ [ ^{3 ] ทำให้}ส่วนประกอบสามารถระบายความร้อนได้มากกว่าส่วนประกอบที่สร้างใน เคส TO-92ส่วนประกอบที่บรรจุในบรรจุภัณฑ์ TO-220 ทั่วไป ได้แก่ เซมิคอนดักเตอร์แบบแยกชิ้น เช่นทรานซิสเตอร์และตัวเรียงกระแสควบคุมซิลิคอนรวมถึงวงจรรวม

แพ็คเกจ TO-220 เป็น "แพ็คเกจกำลังสูง" ที่ออกแบบมาสำหรับเซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงและเป็นตัวอย่างของการออกแบบแบบเจาะรู (through-hole) มากกว่า แบบ เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว (surface-mount technology ) แพ็คเกจ TO-220 สามารถติดตั้งบนแผ่นระบายความร้อนเพื่อระบายความร้อนส่วนเกิน ได้หลายวัตต์ บนแผ่นระบายความร้อนแบบ "อนันต์" (infinite heat sink) อาจระบายความร้อนได้ถึง 50 วัตต์หรือมากกว่านั้น ด้านบนของแพ็คเกจมีแผ่นโลหะที่มีรูสำหรับติดตั้งชิ้นส่วนเข้ากับแผ่นระบายความร้อน มักมีการใช้ สารนำความร้อนระหว่างแพ็คเกจและแผ่นระบายความร้อนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

แผ่นโลหะมักเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับวงจรภายใน ซึ่งโดยปกติแล้วจะไม่ก่อให้เกิดปัญหาเมื่อใช้ฮีทซิงค์แบบแยกส่วน แต่หากฮีทซิงค์เป็นตัวนำไฟฟ้า ต่อลงดิน หรือไม่เป็นฉนวน อาจจำเป็นต้องใช้แผ่นหรือวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้าเพื่อแยกส่วนประกอบออกจากฮีทซิงค์ วัสดุหลายชนิดสามารถใช้ในการแยกส่วนทางไฟฟ้าของแพ็คเกจ TO-220 ได้ ซึ่งบางชนิดมีข้อดีเพิ่มเติมคือมีค่า การนำความร้อน สูง

ในการใช้งานที่จำเป็นต้องใช้ฮีทซิงค์ หากฮีทซิงค์หลุดออกระหว่างการใช้งาน อาจทำให้ตัวอุปกรณ์ TO-220 เสียหายหรือถูกทำลายเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปได้

แพ็คเกจ TO-220 ที่มีฮีทซิงค์ซึ่งระบายความร้อน 1  วัตต์จะมีอุณหภูมิภายใน (จุดเชื่อมต่อ) สูงกว่าอุณหภูมิของแพ็คเกจโดยทั่วไป 2 ถึง 5 องศาเซลเซียส (เนื่องจากความต้านทานความร้อนระหว่างจุดเชื่อมต่อและแผ่นโลหะ) และแผ่นโลหะของแพ็คเกจ TO-220 จะมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมโดยทั่วไป 1 ถึง 60 องศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับชนิดของฮีทซิงค์ (ถ้ามี) ที่ใช้^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

ความต้านทานความร้อนจากจุดเชื่อมต่อถึงตัวเคสของอุปกรณ์ที่บรรจุในแพ็คเกจ TO-220 (ซึ่งโดยทั่วไปมีความสำคัญน้อยกว่าความต้านทานความร้อนจากตัวเคสถึงสภาพแวดล้อม) ขึ้นอยู่กับความหนาและพื้นที่ของชิปเซมิคอนดักเตอร์ภายในแพ็คเกจ โดยทั่วไปอยู่ในช่วงระหว่าง 0.5 °C/W และ 3 °C/W (ตามตำราเล่มหนึ่ง) ^{[ 7 ]}หรือ 1.5 °C/W และ 4 °C/W (ตามตำราอีกเล่มหนึ่ง) ^{[ 6 ]}ความต้านทานความร้อนจากจุดเชื่อมต่อถึงตัวเคสของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM317 (National Semiconductors หน้า 5 รุ่น TO200) คือ 4 °C/W

หากต้องการระบายความร้อนเพิ่มเติม สามารถเลือกใช้อุปกรณ์ในแพ็คเกจ TO-247 (หรือ TO-3P) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายได้เช่นกัน TO-3P มีความต้านทานความร้อนจากจุดเชื่อมต่อถึงสภาพแวดล้อม (ฮีทซิงค์) โดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 40 °C/W เท่านั้น และรุ่น TO-3PF มีค่าต่ำกว่าเล็กน้อย^{[ 5 ]}สามารถเพิ่มความสามารถในการระบายความร้อนได้มากขึ้นด้วยโมดูลพลังงาน

เมื่อใช้แพ็คเกจ TO-220 โดยไม่มีฮีทซิงค์ แพ็คเกจนั้นจะทำหน้าที่เป็นฮีทซิงค์ในตัว และความต้านทานความร้อนจากฮีทซิงค์ไปยังสภาพแวดล้อมในอากาศสำหรับแพ็คเกจ TO-220 จะอยู่ที่ประมาณ 70 °C/W ส่วนความต้านทานความร้อนจากจุดเชื่อมต่อไปยังอากาศของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM317 (National Semiconductors, หน้า 5, รุ่น TO200) จะอยู่ที่ 50 °C/W

โครงร่างตระกูล TO-220 ได้รับการกำหนดโดย องค์กร JEDECมีรูปแบบต่างๆ มากมายในโครงร่างนี้^{[ 1 ] [ 8 ]}เช่น:

• TO-220F, TO-220FP เป็นโครงร่าง JEDEC 3 ขาซึ่งพลาสติกหุ้มตัวทั้งหมดและแผ่นโลหะสำหรับยึดซึ่งปกติจะเปิดเผยออกมาเพื่อเป็นฉนวนไฟฟ้าซึ่งหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะเพิ่มความต้านทานความร้อนของแพ็คเกจเมื่อเทียบกับรุ่นแผ่นโลหะที่ไม่มีฉนวน^{[ 9 ]}
• TO-220AB โครงร่าง JEDEC 3 ขั้ว
• TO-220AC โครงร่าง JEDEC 2 ขั้ว^{[ 10 ]}

บางครั้งรหัสจะตามด้วยจำนวนสายนำไฟฟ้า เช่น TO-220AB-5L สำหรับห้าสายนำไฟฟ้า เป็นต้น

นอกจากนี้ยังมีรูปแบบเฉพาะของผู้ผลิตบางราย เช่นSUPER-220 ของInternational Rectifier ซึ่งตัดรูออกและใช้การติดตั้งแบบคลิปแทน ทำให้มีประสิทธิภาพการระบายความร้อนเหมือน TO-247 ในขนาด TO-220 ^{[ 11 ]}

เคส TO-220 พบได้ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่รับกระแสไฟฟ้าน้อยกว่า 100 แอมแปร์ และทำงานที่แรงดันไฟน้อยกว่าไม่กี่ร้อยโวลต์ อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานที่ความถี่ DC หรือความถี่ต่ำ (ความถี่เสียง) เนื่องจากแพ็คเกจ TO-220 ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานที่ความถี่วิทยุ นอกจากทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ไบโพลาร์ดาร์ลิงตันและพาวเวอร์MOSFETแล้ว เคส TO-220 ยังใช้สำหรับวงจรรวมควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นแบบคงที่และแบบแปรผัน และสำหรับคู่ไดโอด Schottky อีกด้วย^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

• TO-257 เป็น บรรจุภัณฑ์โลหะ ที่ปิดผนึกอย่างแน่นหนาซึ่งถือว่าเทียบเท่ากับ TO-220 ^{[ 21 ]}
• TO-220F หรือที่รู้จักกันในชื่อ SOT186 และ SC67 เป็นแพ็คเกจแบบ TO-220 ซึ่งแท็บสำหรับติดตั้งฮีทซิงค์ถูกหุ้มด้วยพลาสติก^{[ 22 ]}

• TO-3คือแพ็คเกจโลหะที่มีกำลังไฟใกล้เคียงกัน
• TO-126คือแพ็คเกจพลาสติกที่มีกำลังไฟต่ำกว่า
• TO-263คือมาตรฐานการติดตั้งบนพื้นผิว (surface-mount) ที่เทียบเท่ากับ TO-220

วิกิมีเดียคอมมอน ส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับแพ็คเกจทรานซิสเตอร์ TO-220

• มาตรฐาน TO-220 - JEDEC
• ภาพร่างโครงร่าง TO-220 - ON Semiconductor
• ภาพร่างโครงร่าง TO-220AB - วิเชย์ อินเตอร์เทคโนโลยี
• TO-220FP (ชุดอุปกรณ์ครบชุด) - Amkor Technology