Сілавыя паўправадніковыя прылады шырока выкарыстоўваюцца ў прамысловасці, спажыванні, ваеннай і іншых галінах і займаюць высокае стратэгічнае становішча. Давайце паглядзім на агульную карціну сілавых прылад з малюнка:
Сілавыя паўправадніковыя прылады можна падзяліць на поўны тып, паўкантраляваны тып і некантраляваны тып у залежнасці ад ступені кіравання сігналамі схемы. Або ў адпаведнасці са ўласцівасцямі сігналу кіруючай схемы яе можна падзяліць на тып, які кіруецца напругай, тып, які кіруецца токам, і г.д.
| Класіфікацыя | тыпу | Спецыфічныя сілавыя паўправадніковыя прыборы |
| Кіравальнасць электрычнымі сігналамі | Полурегулируемого тыпу | SCR |
| Поўны кантроль | GTO、GTR，MOSFET、IGBT | |
| Некантралюемы | Сілавы дыёд | |
| Уласцівасці сігналу кіравання | Тып з кіраваннем напругай | IGBT, MOSFET, SITH |
| Бягучы кіраваны тып | SCR、GTO、GTR | |
| Эфектыўная форма сігналу | Імпульсны тып трыгера | SCR, GTO |
| Электронны тып кіравання | GTR、MOSFET、IGBT | |
| Сітуацыі, у якіх удзельнічаюць электроны з токам | біпалярны апарат | Магутны дыёд、SCR、GTO、GTR、BSIT、BJT |
| Уніпалярны апарат | MOSFET, SIT | |
| Кампазітны апарат | MCT, IGBT, SITH і IGCT |
Розныя сілавыя паўправадніковыя прылады маюць розныя характарыстыкі, такія як напружанне, магутнасць току, здольнасць імпедансу і памер. Пры рэальным выкарыстанні адпаведныя прылады неабходна выбіраць у адпаведнасці з рознымі сферамі і патрэбамі.
З моманту свайго нараджэння паўправадніковая прамысловасць перажыла тры пакаленні матэрыяльных змен. Да гэтага часу першы паўправадніковы матэрыял, прадстаўлены Si, па-ранейшаму ў асноўным выкарыстоўваецца ў галіне сілавых паўправадніковых прыбораў.
| Паўправадніковы матэрыял | Зазорная зона (эВ) | Тэмпература плаўлення (K) | асноўнае прымяненне | |
| Паўправадніковыя матэрыялы 1-га пакалення | Ge | 1.1 | 1221 | Нізкавольтныя, нізкачашчынныя, сярэдняй магутнасці транзістары, фотадэтэктары |
| Паўправадніковыя матэрыялы 2-га пакалення | Si | 0,7 | 1687 год | |
| Паўправадніковыя матэрыялы 3-га пакалення | GaAs | 1.4 | 1511 год | Мікрахвалевая печ, прыборы міліметровага дыяпазону, святловыпраменьвальныя прыборы |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. Высокатэмпературныя, высокачашчынныя, радыяцыйна-ўстойлівыя прыборы вялікай магутнасці 2. Сінія, маркавыя, фіялетавыя святлодыёды, паўправадніковыя лазеры | |
| GaN | 3.4 | 1973 год | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | ＞3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 | ||
Абагульніце характарыстыкі паўкіраваных і цалкам кіраваных сілавых прылад:
| Тып прылады | SCR | ГТП | MOSFET | IGBT |
| Тып кіравання | Імпульсны трыгер | Бягучы кантроль | кантроль напругі | кінацэнтр |
| лінія самаадключэння | Адключэнне камутацыі | прылада самоотключения | прылада самоотключения | прылада самоотключения |
| працоўная частата | <1 кГц | <30 кГц | 20 кГц-МГц | <40 кГц |
| Рухавая сіла | невялікі | вялікі | невялікі | невялікі |
| страты пры пераключэнні | вялікі | вялікі | вялікі | вялікі |
| страта праводнасці | невялікі | невялікі | вялікі | невялікі |
| Напружанне і ўзровень току | 最大 | вялікі | мінімум | больш |
| Тыповыя прыкладанні | Сярэднечашчынны індукцыйны нагрэў | Пераўтваральнік частоты UPS | імпульсны крыніца харчавання | Пераўтваральнік частоты UPS |
| цана | самы нізкі | ніжэй | у сярэдзіне | Самы дарагі |
| эфект мадуляцыі праводнасці | мець | мець | ні адзін | мець |
Пазнаёмцеся з MOSFET
MOSFET мае высокі ўваходны супраціў, нізкі ўзровень шуму і добрую цеплавую стабільнасць; ён мае просты вытворчы працэс і моцнае выпраменьванне, таму звычайна выкарыстоўваецца ў схемах узмацняльнікаў або схемах пераключэння;
(1) Асноўныя параметры выбару: напружанне сток-крыніца VDS (вытрымлівальнае напружанне), бесперапынны ток уцечкі ID, супраціўленне ўключэння RDS(on), уваходная ёмістасць Ciss (ёмістасць спалучэння), каэфіцыент якасці FOM=Ron*Qg і г.д.
(2) У адпаведнасці з рознымі працэсамі, ён дзеліцца на TrenchMOS: траншэйны MOSFET, у асноўным у полі нізкага напружання ў межах 100 В; SGT (Split Gate) MOSFET: МАП-транзістар з раздзяленым затворам, у асноўным у полі сярэдняга і нізкага напружання ў межах 200 В; SJ MOSFET: Super Junction MOSFET, у асноўным у полі высокага напружання 600-800 В;
У імпульсным крыніцы харчавання, напрыклад, у ланцугу з адкрытым сцёкам, сток падлучаны да нагрузкі без пашкоджанняў, што называецца адкрытым сцёкам. У ланцугу з адкрытым сцёкам незалежна ад таго, наколькі высокае напружанне падключана нагрузка, ток нагрузкі можна ўключаць і выключаць. Гэта ідэальнае аналагавае камутацыйнае прылада. Гэта прынцып MOSFET як камутацыйнага прылады.
З пункту гледжання долі рынку, MOSFET амаль усе сканцэнтраваны ў руках буйных міжнародных вытворцаў. Сярод іх Infineon набыў IR (American International Rectifier Company) у 2015 годзе і стаў лідэрам галіны. ON Semiconductor таксама завяршыла набыццё Fairchild Semiconductor у верасні 2016 года. Доля рынку падскочыла на другое месца, а затым у рэйтынгу продажаў былі Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna і г.д.;
Масавыя брэнды MOSFET дзеляцца на некалькі серый: амерыканскія, японскія і карэйскія.
Амерыканскія серыі: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS і інш.;
Японскія: Toshiba, Renesas, ROHM і інш.;
Карэйскія серыі: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
Катэгорыі пакетаў MOSFET
У залежнасці ад спосабу ўстаноўкі на плату друкаванай платы існуе два асноўных тыпу корпусаў MOSFET: устаўныя (скразныя адтуліны) і павярхоўны мантаж (павярхоўны мантаж).
Устаўны тып азначае, што штыфты MOSFET праходзяць праз мантажныя адтуліны платы друкаванай платы і прывараны да платы друкаванай платы. Агульныя пакеты плагінаў ўключаюць у сябе: двухрадковы пакет (DIP), контурны пакет транзістараў (TO) і пакет масіва кантактнай сеткі (PGA).
Устаўная ўпакоўка
Павярхоўны мантаж - гэта месца, дзе штыфты MOSFET і фланец рассейвання цяпла прывараны да калодак на паверхні друкаванай платы. Тыповыя ўпакоўкі для павярхоўнага мантажу ўключаюць у сябе: кантурны транзістар (D-PAK), транзістар з малым контурам (SOT), корпус з малым контурам (SOP), чатырох'ядравы плоскі корпус (QFP), пластыкавы этылавы носьбіт мікрасхем (PLCC) і г.д.
пакет для павярхоўнага мантажу
З развіццём тэхналогій платы друкаванай платы, такія як матчыны платы і відэакарты, у цяперашні час выкарыстоўваюць усё менш і менш упакоўкі з прамой убудовай і ўсё больш упакоўкі для павярхоўнага мантажу.
1. Двухрадковы пакет (DIP)
Пакет DIP мае два рады кантактаў і павінен быць устаўлены ў гняздо мікрасхемы са структурай DIP. Метад яго вывядзення - SDIP (Shrink DIP), які ўяўляе сабой парніковую двухрадковую ўпакоўку. Шчыльнасць штыфта ў 6 разоў вышэй, чым у DIP.
Структурныя формы ўпакоўкі DIP ўключаюць у сябе: шматслаёвую кераміку з двума лініямі DIP, аднаслаёвую кераміку з двума лініямі DIP, свінцовую раму DIP (уключаючы тып герметызацыі са шклокерамікі, структуру пластыкавай герметызацыі, інкапсуляцыю з керамічнага нізкаплаўкага шкла тып) і г. д. Характарыстыка DIP-упакоўкі заключаецца ў тым, што яна можа лёгка рэалізаваць скразную зварку друкаваных поплаткаў і мае добрую сумяшчальнасць з мацярынскай платай.
Аднак, паколькі плошча і таўшчыня яго ўпакоўкі адносна вялікія, а штыфты лёгка пашкоджваюцца ў працэсе падключэння і адключэння, надзейнасць нізкая. У той жа час, з-за ўплыву працэсу, колькасць шпілек звычайна не перавышае 100. Такім чынам, у працэсе высокай інтэграцыі электроннай прамысловасці DIP-ўпакоўка паступова сышла з сцэны гісторыі.
2. Схема пакета транзістараў (TO)
Раннія спецыфікацыі ўпакоўкі, такія як TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 і інш.
TO-3P/247: гэта звычайна выкарыстоўваная форма ўпакоўкі для MOSFET сярэдняга і высокага напружання і моцнага току. Прадукт мае характарыстыкі высокага вытрымлівання напружання і моцнай устойлівасці да прабоя.
TO-220/220F: TO-220F - цалкам пластыкавы пакет, і няма неабходнасці дадаваць ізаляцыйную пракладку пры ўсталёўцы яго на радыятар; TO-220 мае металічны ліст, злучаны з сярэднім штыфтам, і пры ўсталёўцы радыятара патрабуецца ізаляцыйная пракладка. МАП-транзістары гэтых двух стыляў упакоўкі маюць падобны выгляд і могуць выкарыстоўвацца ўзаемазаменна.
TO-251: гэты ўпакаваны прадукт у асноўным выкарыстоўваецца для зніжэння выдаткаў і памяншэння памеру прадукту. Ён у асноўным выкарыстоўваецца ў асяроддзях з сярэднім напружаннем і вялікім токам ніжэй за 60 А і высокім напружаннем ніжэй за 7 Н.
TO-92: гэты пакет выкарыстоўваецца толькі для нізкавольтных MOSFET (ток ніжэй за 10 А, вытрымліваюць напружанне ніжэй за 60 В) і высокага напружання 1N60/65, каб знізіць выдаткі.
У апошнія гады з-за высокіх выдаткаў на зварку ў працэсе ўпакоўкі плагіна і горшых паказчыкаў рассейвання цяпла ў параўнанні з прадуктамі латкавага тыпу попыт на рынку павярхоўнага мантажу працягваў расці, што таксама прывяло да развіцця ўпакоўкі TO у ўпакоўку для павярхоўнага мантажу.
TO-252 (таксама званы D-PAK) і TO-263 (D2PAK) з'яўляюцца пакетамі для павярхоўнага мантажу.。
Знешні выгляд тавару TO пакет
TO252/D-PAK - гэта пластыкавы пакет мікрасхем, які звычайна выкарыстоўваецца для ўпакоўкі сілавых транзістараў і мікрасхем стабілізацыі напружання. Гэта адзін з сучасных асноўных пакетаў. MOSFET, які выкарыстоўвае гэты метад упакоўкі, мае тры электроды, затвор (G), сток (D) і выток (S). Зліўны штыфт (D) адрэзаны і не выкарыстоўваецца. Замест гэтага цеплаадвод на задняй панэлі выкарыстоўваецца ў якасці дрэнажу (D), які непасрэдна прывараны да друкаванай платы. З аднаго боку, ён выкарыстоўваецца для вываду вялікіх токаў, а з другога - рассейвае цяпло праз друкаваную плату. Такім чынам, на друкаванай плаце ёсць тры пляцоўкі D-PAK, а дрэнажная пляцоўка (D) большага памеру. Спецыфікацыі яго ўпакоўкі наступныя:
Спецыфікацыі памеру ўпакоўкі TO-252/D-PAK
ТО-263 з'яўляецца разнавіднасцю ТО-220. У асноўным ён прызначаны для павышэння эфектыўнасці вытворчасці і адводу цяпла. Ён падтрымлівае надзвычай высокі ток і напружанне. Часцей сустракаецца ў моцнаточных MOSFET сярэдняга напружання ніжэй за 150 А і вышэй за 30 В. У дадатак да D2PAK (TO-263AB), ён таксама ўключае ў сябе TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 і іншыя стылі, якія падпарадкоўваюцца TO-263, у асноўным з-за рознай колькасці і адлегласці кантактаў .
Спецыфікацыя памеру пакета TO-263/D2PAKs
3. Пакет масіва кантактнай сеткі (PGA)
Унутры і звонку мікрасхемы PGA (Pin Grid Array Package) ёсць некалькі квадратных кантактаў. Кожны квадратны матрычны штыфт размешчаны на пэўнай адлегласці вакол мікрасхемы. У залежнасці ад колькасці шпілек, яго можна сфармаваць ад 2 да 5 колаў. Пры ўсталёўцы проста ўстаўце мікрасхему ў спецыяльны раз'ём PGA. Ён мае такія перавагі, як лёгкае падключэнне і адключэнне, высокая надзейнасць і можа адаптавацца да больш высокіх частот.
Стыль пакета PGA
Большасць падкладак для чыпаў зроблены з керамічнага матэрыялу, а некаторыя выкарыстоўваюць у якасці падкладкі спецыяльную пластыкавую смалу. Што тычыцца тэхналогіі, адлегласць паміж цэнтрам штыфта звычайна складае 2,54 мм, а колькасць штыфтоў вагаецца ад 64 да 447. Характарыстыка гэтага віду ўпакоўкі заключаецца ў тым, што чым меншая плошча (аб'ём) упакоўкі, тым ніжэй энергаспажыванне (прадукцыйнасць). ) ён можа вытрымаць, і наадварот. Гэты стыль упакоўкі мікрасхем быў больш распаўсюджаны ў першыя дні і ў асноўным выкарыстоўваўся для ўпакоўкі прадуктаў з высокім спажываннем энергіі, такіх як працэсары. Напрыклад, усе працэсары Intel 80486 і Pentium выкарыстоўваюць гэты стыль упакоўкі; ён не шырока прыняты вытворцамі MOSFET.
4. Транзістарны корпус малой канструкцыі (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) - гэта невялікая магутнасць транзістараў патча, якая ў асноўным уключае SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (напрыклад, SOT23-5) і г.д. SOT323, SOT363/SOT26 (напрыклад, SOT23-6) і іншыя тыпы вытворныя, якія менш па памеры, чым пакеты TO.
Тып пакета SOT
SOT23 - гэта часта выкарыстоўваная транзістарная скрынка з трыма крылападобнымі кантактамі, а менавіта калектарам, эмітэрам і базай, якія пералічаны па абодва бакі доўгага боку кампанента. Сярод іх выпраменьвальнік і база знаходзяцца на адным баку. Яны часта сустракаюцца ў маламагутных транзістарах, палявых транзістарах і кампазітных транзістарах з рэзістараў. Яны валодаюць добрай трываласцю, але дрэнна паяюцца. Выгляд паказаны на малюнку (а) ніжэй.
SOT89 мае тры кароткія кантакты, размеркаваныя з аднаго боку транзістара. Іншы бок - гэта металічны радыятар, злучаны з асновай для павелічэння здольнасці адводзіць цяпло. Ён распаўсюджаны ў крамянёвых сілавых транзістарах для павярхоўнага мантажу і падыходзіць для прымянення больш высокай магутнасці. Выгляд паказаны на малюнку (b) ніжэй.
SOT143 мае чатыры кароткіх крылападобных штыфта, якія выводзяцца з абодвух бакоў. Больш шырокі канец штыфта - гэта калектар. Гэты тып пакета часта сустракаецца ў высокачашчынных транзістарах, і яго знешні выгляд паказаны на малюнку (c) ніжэй.
SOT252 - гэта магутны транзістар з трыма кантактамі, якія ідуць з аднаго боку, а сярэдні кантакт карацейшы і з'яўляецца калектарам. Падключыцеся да большага штыфта на другім канцы, які ўяўляе сабой медны ліст для рассейвання цяпла, і яго знешні выгляд будзе такім, як паказана на малюнку (d) ніжэй.
Звычайнае параўнанне знешняга выгляду пакета SOT
MOSFET з чатырма клемамі SOT-89 звычайна выкарыстоўваецца на матчыных поплатках. Яго характарыстыкі і памеры наступныя:
Спецыфікацыі памеру MOSFET SOT-89 (адзінка вымярэння: мм)
5. Малы планавы пакет (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) - адзін з пакетаў для павярхоўнага мантажу, таксама званы SOL або DFP. Шпількі выцягваюцца з абодвух бакоў упакоўкі ў форме крыла чайкі (форма L). Матэрыялы - пластык і кераміка. Стандарты SOP для ўпакоўкі ўключаюць SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 і г. д. Лічба пасля SOP паказвае колькасць шпілек. Большасць пакетаў MOSFET SOP прымаюць спецыфікацыі SOP-8. Прамысловасць часта апускае "P" і скарачае яго як SO (Small Out-Line).
Памер пакета SOP-8
SO-8 быў упершыню распрацаваны кампаніяй PHILIP. Ён упакаваны ў пластык, не мае ніжняй пласціны для адводу цяпла і мае дрэнны адвод цяпла. Звычайна ён выкарыстоўваецца для МАП-транзістараў малой магутнасці. Пазней паступова былі атрыманы стандартныя спецыфікацыі, такія як TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) і інш.; сярод іх TSOP і TSSOP звычайна выкарыстоўваюцца ва ўпакоўках MOSFET.
Вытворныя спецыфікацыі SOP, якія звычайна выкарыстоўваюцца для MOSFET
6. Пакет Quad Flat (QFP)
Адлегласць паміж штыфтамі чыпа ў пакеце QFP (Plastic Quad Flat Package) вельмі малая, а штыфты вельмі тонкія. Як правіла, ён выкарыстоўваецца ў буйнамаштабных або звышвялікіх інтэгральных схемах, а колькасць кантактаў звычайна перавышае 100. Мікрасхемы, спакаваныя ў такой форме, павінны выкарыстоўваць тэхналогію павярхоўнага мантажу SMT для прылівання мікрасхемы да мацярынскай платы. Гэты метад упакоўкі мае чатыры асноўныя характарыстыкі: ① Ён падыходзіць для тэхналогіі павярхоўнага мантажу SMD для ўстаноўкі праводкі на друкаваных поплатках; ② Ён падыходзіць для высокачашчыннага выкарыстання; ③ Ён просты ў эксплуатацыі і мае высокую надзейнасць; ④ Суадносіны паміж плошчай чыпа і плошчай упакоўкі невялікая. Як і метад упакоўкі PGA, гэты метад упакоўкі заварочвае чып у пластыкавую ўпакоўку і не можа рассейваць цяпло, якое выдзяляецца, калі чып працуе своечасова. Гэта абмяжоўвае паляпшэнне прадукцыйнасці MOSFET; а сама пластыкавая ўпакоўка павялічвае габарыты прылады, што не адпавядае патрабаванням развіцця паўправаднікоў у напрамку лёгкасці, тонкасці, кароткасці і малых памераў. Акрамя таго, гэты тып метаду ўпакоўкі заснаваны на адным чыпе, што мае праблемы з нізкай эфектыўнасцю вытворчасці і высокім коштам упакоўкі. Такім чынам, QFP больш падыходзіць для выкарыстання ў лічбавых лагічных схемах LSI, такіх як мікрапрацэсары/затворныя матрыцы, а таксама падыходзіць для ўпакоўкі прадуктаў аналагавых схем LSI, такіх як апрацоўка сігналу відэамагнітафона і апрацоўка аўдыясігналу.
7, чатырох'ядравая плоская ўпакоўка без падводаў (QFN)
Пакет QFN (Quad Flat Non-leaded package) абсталяваны электроднымі кантактамі з усіх чатырох бакоў. Паколькі няма вывадаў, мантажная плошча меншая, чым QFP, а вышыня меншая, чым QFP. Сярод іх керамічны QFN таксама называецца LCC (Leadless Chip Carriers), а недарагі пластыкавы QFN з выкарыстаннем базавага матэрыялу падкладкі, надрукаванага на шкляной эпаксіднай смале, называецца пластыкавым LCC, PCLC, P-LCC і г. д. Гэта новая ўпакоўка чыпаў для павярхоўнага мантажу. тэхналогія з невялікім памерам пляцоўкі, невялікім аб'ёмам і пластыкам у якасці ўшчыльняльнага матэрыялу. QFN у асноўным выкарыстоўваецца для ўпакоўкі інтэгральных схем, і MOSFET не будзе выкарыстоўвацца. Аднак, паколькі Intel прапанавала інтэграваны драйвер і рашэнне MOSFET, яна выпусціла DrMOS у корпусе QFN-56 ("56" адносіцца да 56 злучальных кантактаў на задняй панэлі чыпа).
Варта адзначыць, што пакет QFN мае тую ж канфігурацыю вонкавага адводу, што і пакет ультратонкага малога контуру (TSSOP), але яго памер на 62% менш, чым TSSOP. Згодна з дадзенымі мадэлявання QFN, яго цеплавыя характарыстыкі на 55% вышэй, чым у упакоўкі TSSOP, а электрычныя характарыстыкі (індуктыўнасць і ёмістасць) на 60% і 30% вышэй, чым у упакоўкі TSSOP адпаведна. Самым вялікім недахопам з'яўляецца тое, што яго цяжка рамантаваць.
DrMOS ў корпусе QFN-56
Традыцыйныя дыскрэтныя паніжальныя імпульсныя крыніцы сілкавання DC/DC не могуць задаволіць патрабаванні да большай шчыльнасці магутнасці, а таксама не могуць вырашыць праблему паразітных эфектаў параметраў на высокіх частотах пераключэння. З інавацыямі і прагрэсам тэхналогій інтэграцыя драйвераў і MOSFET для стварэння шматчыпавых модуляў стала рэальнасцю. Гэты метад інтэграцыі можа значна зэканоміць прастору і павялічыць шчыльнасць энергаспажывання. Дзякуючы аптымізацыі драйвераў і MOSFET, гэта стала рэальнасцю. Энергаэфектыўнасць і высакаякасны пастаянны ток - гэта мікрасхема інтэграванага драйвера DrMOS.
Renesas DrMOS 2-га пакалення
Бесвывадны пакет QFN-56 робіць цеплавы супраціў DrMOS вельмі нізкім; з дапамогай унутранага злучэння дроту і канструкцыі меднага заціску можна звесці да мінімуму знешнюю праводку друкаванай платы, тым самым памяншаючы індуктыўнасць і супраціў. Акрамя таго, выкарыстаны працэс глыбокаканальнага крэмнію MOSFET можа таксама значна знізіць праводнасць, пераключэнне і страты зарада на засаўцы; ён сумяшчальны з рознымі кантролерамі, можа працаваць у розных рэжымах і падтрымлівае рэжым актыўнага пераўтварэння фазы APS (аўтаматычнае пераключэнне фаз). У дадатак да ўпакоўкі QFN, двухбаковая плоская бессвінцовая ўпакоўка (DFN) таксама з'яўляецца новым працэсам электроннай упакоўкі, які шырока выкарыстоўваецца ў розных кампанентах ON Semiconductor. У параўнанні з QFN, DFN мае менш вывадных электродаў з абодвух бакоў.
8、Пластыкавы этыляваны чып-носьбіт (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) мае квадратную форму і значна менш, чым пакет DIP. Ён мае 32 шпількі са шпількамі вакол. Штыфты выводзяцца з чатырох бакоў упакоўкі ў Т-вобразнай форме. Гэта выраб з пластыка. Цэнтральная адлегласць штыфта складае 1,27 мм, а колькасць штыфтоў вагаецца ад 18 да 84. J-вобразныя штыфты нялёгка дэфармуюцца, і імі лягчэй кіраваць, чым QFP, але праверка знешняга выгляду пасля зваркі больш складаная. Упакоўка PLCC падыходзіць для ўстаноўкі праводкі на друкаваную плату з выкарыстаннем тэхналогіі павярхоўнага мантажу SMT. Ён мае такія перавагі, як невялікі памер і высокая надзейнасць. Упакоўка PLCC з'яўляецца адносна распаўсюджанай і выкарыстоўваецца ў лагічных LSI, DLD (або праграмных лагічных прыладах) і іншых схемах. Гэтая форма ўпакоўкі часта выкарыстоўваецца ў BIOS мацярынскай платы, але ў цяперашні час яна менш распаўсюджаная ў MOSFET.
Інкапсуляцыя і паляпшэнне для асноўных прадпрыемстваў
З-за тэндэнцыі развіцця нізкага напружання і высокага току ў працэсарах MOSFET павінны мець вялікі выхадны ток, нізкае супраціўленне ўключэння, нізкае вылучэнне цяпла, хуткае рассейванне цяпла і малыя памеры. Акрамя ўдасканалення тэхналогіі і працэсаў вытворчасці мікрасхем, вытворцы MOSFET таксама працягваюць удасканальваць тэхналогію ўпакоўкі. На аснове сумяшчальнасці са стандартнымі спецыфікацыямі знешняга выгляду яны прапануюць новыя формы ўпакоўкі і рэгіструюць назвы гандлёвых марак для новых упаковак, якія яны распрацоўваюць.
1、Пакеты RENESAS WPAK, LFPAK і LFPAK-I
WPAK - гэта пакет высокага цеплавога выпраменьвання, распрацаваны Renesas. Імітуючы пакет D-PAK, радыятар чыпа прывараны да мацярынскай платы, і цяпло рассейваецца праз матчыну плату, так што невялікі корпус WPAK таксама можа дасягнуць выхаднога току D-PAK. WPAK-D2 змяшчае два MOSFET высокага/нізкага ўзроўню для зніжэння індуктыўнасці правадоў.
Памер пакета Renesas WPAK
LFPAK і LFPAK-I - гэта два іншыя пакеты малога формаў-фактару, распрацаваныя Renesas, якія сумяшчальныя з SO-8. LFPAK падобны на D-PAK, але меншы за D-PAK. LFPAK-i размяшчае радыятар уверх, каб рассейваць цяпло праз радыятар.
Пакеты Renesas LFPAK і LFPAK-I
2. Упакоўка Vishay Power-PAK і Polar-PAK
Power-PAK - гэта назва пакета MOSFET, зарэгістраваная Vishay Corporation. Power-PAK ўключае дзве спецыфікацыі: Power-PAK1212-8 і Power-PAK SO-8.
Пакет Vishay Power-PAK1212-8
Пакет Vishay Power-PAK SO-8
Polar PAK - гэта невялікая ўпакоўка з двухбаковым рассейваннем цяпла і адна з асноўных тэхналогій упакоўкі Vishay. Polar PAK - гэта тое ж самае, што і звычайны пакет so-8. Ён мае кропкі рассейвання як на верхняй, так і на ніжняй баках упакоўкі. Гэта няпроста акумуляваць цяпло ўнутры пакета і можа павялічыць шчыльнасць працоўнага току ў два разы больш, чым SO-8. У цяперашні час Vishay выдала ліцэнзію на тэхналогію Polar PAK кампаніі STMicroelectronics.
Пакет Vishay Polar PAK
3. Плоскія свінцовыя пакеты Onsemi SO-8 і WDFN8
Кампанія ON Semiconductor распрацавала два тыпы MOSFET з плоскімі вывадамі, сярод якіх SO-8-сумяшчальныя з плоскімі вывадамі выкарыстоўваюцца на многіх платах. Нядаўна выпушчаныя сілавыя MOSFET NVMx і NVTx ад ON Semiconductor выкарыстоўваюць кампактныя пакеты DFN5 (SO-8FL) і WDFN8 для мінімізацыі страт на праводнасці. Ён таксама адрозніваецца нізкай QG і ёмістасцю для мінімізацыі страт драйвера.
ON Semiconductor SO-8 Flat Lead Package
Пакет ON Semiconductor WDFN8
4. Упакоўка NXP LFPAK і QLPAK
NXP (раней Philps) палепшыла тэхналогію ўпакоўкі SO-8 у LFPAK і QLPAK. Сярод іх ЛФПАК лічыцца самым надзейным сілавым пакетам СО-8 у свеце; у той час як QLPAK мае невялікія памеры і больш высокую эфектыўнасць рассейвання цяпла. У параўнанні са звычайным SO-8, QLPAK займае плошчу платы друкаванай платы 6*5 мм і мае цеплавое супраціўленне 1,5 к/Вт.
Пакет NXP LFPAK
Упакоўка NXP QLPAK
4. Корпус ST Semiconductor PowerSO-8
Тэхналогіі ўпакоўкі мікрасхем Power MOSFET ад STMicroelectronics ўключаюць SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK і інш. Сярод іх Power SO-8 з'яўляецца палепшанай версіяй SO-8. Акрамя таго, ёсць пакеты PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 і іншыя.
Пакет STMicroelectronics Power SO-8
5. Пакет Fairchild Semiconductor Power 56
Power 56 - эксклюзіўная назва Farichild, а афіцыйная назва - DFN5×6. Плошча яго ўпакоўкі параўнальная з плошчай звычайна выкарыстоўванага TSOP-8, а тонкая ўпакоўка дазваляе зэканоміць вышыню зазору кампанентаў, а дызайн Thermal-Pad унізе зніжае тэрмічны супраціў. Такім чынам, многія вытворцы сілавых прылад разгарнулі DFN5×6.
Пакет Fairchild Power 56
6. Пакет International Rectifier (IR) Direct FET
Прамы FET забяспечвае эфектыўнае верхняе астуджэнне ў памеры SO-8 або менш і падыходзіць для пераўтварэння энергіі пераменнага току ў пастаянны і пастаяннага току ў камп'ютарах, ноўтбуках, тэлекамунікацыйным і бытавой электроніцы. Металічная канструкцыя банкі DirectFET забяспечвае двухбаковае рассейванне цяпла, эфектыўна падвойваючы магчымасці апрацоўкі току высокачашчынных паніжальных пераўтваральнікаў DC-DC у параўнанні са стандартнымі пластыкавымі дыскрэтнымі пакетамі. Пакет Direct FET мае адваротны тып з цеплаадводам (D) звернутым уверх і пакрытым металічнай абалонкай, праз якую адводзіцца цяпло. Упакоўка Direct FET значна паляпшае адвод цяпла і займае менш месца з добрым адводам цяпла.
Падвядзіце вынікі
У будучыні, калі індустрыя вытворчасці электронікі будзе працягваць развівацца ў напрамку звыштонкіх, мініяцюрызацыі, нізкага напружання і моцнага току, знешні выгляд і ўнутраная структура ўпакоўкі MOSFET таксама будуць змяняцца, каб лепш адаптавацца да патрэб развіцця вытворчасці. прамысловасць. Акрамя таго, для таго, каб знізіць парог выбару для вытворцаў электронікі, тэндэнцыя развіцця MOSFET у напрамку модулярызацыі і ўпакоўкі на сістэмным узроўні будзе станавіцца ўсё больш відавочнай, і прадукты будуць распрацоўвацца скаардынавана з розных вымярэнняў, такіх як прадукцыйнасць і кошт . Пакет з'яўляецца адным з важных апорных фактараў для выбару MOSFET. Розныя электронныя вырабы маюць розныя электрычныя патрабаванні, і розныя ўмовы ўстаноўкі таксама патрабуюць супадзення спецыфікацый памеру. Пры рэальным выбары рашэнне павінна прымацца ў адпаведнасці з рэальнымі патрэбамі ў адпаведнасці з агульным прынцыпам. Некаторыя электронныя сістэмы абмежаваныя памерам друкаванай платы і ўнутранай вышынёй. Напрыклад, модульныя крыніцы харчавання сістэм сувязі звычайна выкарыстоўваюць корпусы DFN5*6 і DFN3*3 з-за абмежаванняў па вышыні; у некаторых блоках сілкавання ACDC звыштонкія канструкцыі або з-за абмежаванняў корпуса падыходзяць для зборкі сілавых MOSFET TO220. У гэты час штыфты можна непасрэдна ўстаўляць у карэньчык, што не падыходзіць для прадуктаў, упакаваных TO247; некаторыя звыштонкія канструкцыі патрабуюць, каб штыфты прылады былі сагнутыя і пакладзены роўна, што ўскладніць выбар MOSFET.
Як выбраць MOSFET
Інжынер аднойчы сказаў мне, што ён ніколі не глядзеў на першую старонку табліцы дадзеных MOSFET, таму што «практычная» інфармацыя з'яўлялася толькі на другой старонцы і далей. Практычна кожная старонка тэхнічнага ліста MOSFET змяшчае каштоўную інфармацыю для дызайнераў. Але не заўсёды зразумела, як інтэрпрэтаваць дадзеныя, прадстаўленыя вытворцамі.
У гэтым артыкуле выкладаюцца некаторыя ключавыя спецыфікацыі МАП-транзістараў, тое, як яны пазначаны ў тэхнічным табліцы, і дакладная карціна, неабходная для іх разумення. Як і большасць электронных прылад, MOSFETs залежаць ад працоўнай тэмпературы. Таму важна разумець умовы выпрабаванняў, пры якіх прымяняюцца названыя паказчыкі. Важна таксама зразумець, ці з'яўляюцца індыкатары, якія вы бачыце ва «Адказе аб прадукце», «максімальнымі» або «тыповымі» значэннямі, таму што ў некаторых тэхнічных лістах гэта не зразумела.
Клас напружання
Асноўнай характарыстыкай, якая вызначае MOSFET, з'яўляецца яго напружанне сток-выток VDS, або "напружанне прабоя сток-выток", якое з'яўляецца самым высокім напружаннем, якое MOSFET можа вытрымаць без пашкоджанняў, калі засаўка замыкаецца на выток і ток сцёку складае 250 мкА. . VDS таксама называюць "абсалютным максімальным напружаннем пры 25°C", але важна памятаць, што гэта абсалютнае напружанне залежыць ад тэмпературы, і звычайна ў тэхнічным пашпарце ёсць "тэмпературны каэфіцыент VDS". Вы таксама павінны разумець, што максімальнае VDS - гэта напружанне пастаяннага току плюс любыя скокі і пульсацыі напружання, якія могуць прысутнічаць у ланцугу. Напрыклад, калі вы выкарыстоўваеце прыладу 30 В ад крыніцы сілкавання 30 В з усплёскам 100 мВ, 5 нс, напружанне перавысіць абсалютны максімальны ліміт прылады, і прылада можа перайсці ў лавінны рэжым. У гэтым выпадку нельга гарантаваць надзейнасць MOSFET. Пры высокіх тэмпературах тэмпературны каэфіцыент можа значна змяніць напружанне прабоя. Напрыклад, некаторыя N-канальныя MOSFET з намінальным напругай 600 В маюць станоўчы тэмпературны каэфіцыент. Калі яны набліжаюцца да максімальнай тэмпературы спалучэння, тэмпературны каэфіцыент прымушае гэтыя MOSFET паводзіць сябе як MOSFET на 650 В. Многія правілы праектавання карыстальнікаў MOSFET патрабуюць каэфіцыента зніжэння ад 10% да 20%. У некаторых канструкцыях, улічваючы, што фактычнае напружанне прабоя на 5% - 10% вышэй за намінальнае значэнне пры 25°C, адпаведны карысны праектны запас будзе дададзены да фактычнай канструкцыі, што вельмі выгадна для канструкцыі. Не менш важным для правільнага выбару MOSFET з'яўляецца разуменне ролі напружання затвор-выток VGS падчас працэсу правядзення. Гэта напружанне - гэта напружанне, якое забяспечвае поўную праводнасць MOSFET пры зададзеным максімальным стане RDS (уключана). Вось чаму супраціўленне ўключэння заўсёды звязана з узроўнем VGS, і толькі пры гэтым напружанні прылада можа быць уключана. Важным следствам канструкцыі з'яўляецца тое, што вы не можаце цалкам уключыць МОП-транзістар з напружаннем, ніжэйшым за мінімальнае VGS, якое выкарыстоўваецца для дасягнення рэйтынгу RDS(on). Напрыклад, каб цалкам уключыць МАП-транзістар з мікракантролерам 3,3 В, неабходна мець магчымасць уключыць МАП-транзістар пры VGS=2,5 В або ніжэй.
Супраціў уключэння, зарад варот і "каэфіцыент годнасці"
Уключанае супраціўленне МОП-транзістара заўсёды вызначаецца пры адным або некалькіх напружаннях затвор-выток. Максімальны ліміт RDS(on) можа быць ад 20% да 50% вышэй за звычайнае значэнне. Максімальная мяжа RDS(on) звычайна адносіцца да значэння пры тэмпературы спалучэння 25°C. Пры больш высокіх тэмпературах RDS(on) можа павялічвацца на 30% да 150%, як паказана на малюнку 1. Паколькі RDS(on) змяняецца ў залежнасці ад тэмпературы і мінімальнае значэнне супраціву не можа быць гарантавана, выяўленне току на аснове RDS(on) немагчыма вельмі дакладны метад.
Малюнак 1 RDS(on) павялічваецца з павышэннем тэмпературы ў дыяпазоне ад 30% да 150% ад максімальнай працоўнай тэмпературы
Супраціў уключэння вельмі важны як для N-канальных, так і для P-канальных MOSFET. У імпульсных крыніцах сілкавання Qg з'яўляецца ключавым крытэрыем выбару для N-канальных MOSFET, якія выкарыстоўваюцца ў імпульсных крыніцах сілкавання, таму што Qg уплывае на страты пры пераключэнні. Гэтыя страты маюць два эфекты: адзін - час пераключэння, які ўплывае на ўключэнне і выключэнне MOSFET; іншы - гэта энергія, неабходная для зарадкі ёмістасці засаўкі падчас кожнага працэсу пераключэння. Варта мець на ўвазе тое, што Qg залежыць ад напружання затвор-выток, нават калі выкарыстанне больш нізкага Vgs зніжае страты пры пераключэнні. У якасці хуткага спосабу параўнання MOSFET, прызначаных для выкарыстання ў камутацыйных праграмах, дызайнеры часта выкарыстоўваюць адзіную формулу, якая складаецца з RDS(on) для страт на праводнасць і Qg для камутацыйных страт: RDS(on)xQg. Гэты "показнік якасці" (FOM) абагульняе прадукцыйнасць прылады і дазваляе параўноўваць MOSFET з пункту гледжання тыповых або максімальных значэнняў. Каб забяспечыць дакладнае параўнанне паміж прыладамі, вам трэба пераканацца, што для RDS(on) і Qg выкарыстоўваецца адзін і той жа VGS, і што тыповыя і максімальныя значэнні не змешваюцца ў публікацыі. Меншы FOM дасць вам лепшую прадукцыйнасць пры пераключэнні прыкладанняў, але гэта не гарантуецца. Найлепшыя вынікі параўнання можна атрымаць толькі ў рэальнай схеме, і ў некаторых выпадках схему можа спатрэбіцца дакладна наладзіць для кожнага MOSFET. Намінальны ток і рассейваная магутнасць, заснаваныя на розных умовах выпрабаванняў, большасць MOSFET маюць адзін або некалькі бесперапынных токаў уцечкі ў тэхнічным лісце. Вы захочаце ўважліва паглядзець на табліцу з дадзенымі, каб высветліць, ці адпавядае намінальны паказчык тэмпературы корпуса (напрыклад, TC=25°C) або тэмпературы навакольнага асяроддзя (напрыклад, TA=25°C). Якое з гэтых значэнняў найбольш актуальнае, будзе залежаць ад характарыстык прылады і прымянення (гл. малюнак 2).
Малюнак 2. Усе значэнні абсалютнага максімальнага току і магутнасці з'яўляюцца рэальнымі данымі
Для невялікіх прылад павярхоўнага мантажу, якія выкарыстоўваюцца ў партатыўных прыладах, найбольш прыдатным узроўнем току можа быць тэмпература навакольнага асяроддзя 70°C. Для вялікага абсталявання з радыятарамі і прымусовым паветраным астуджэннем бягучы ўзровень пры TA=25 ℃ можа быць бліжэй да рэальнай сітуацыі. Для некаторых прылад плашчак можа вытрымліваць большы ток пры максімальнай тэмпературы спалучэння, чым абмежаванні пакета. У некаторых табліцах даных гэты ўзровень току з абмежаваннем упакоўкі з'яўляецца дадатковай інфармацыяй да ўзроўню току з абмежаваннем упакоўкі, які можа даць вам уяўленне аб надзейнасці плашчака. Падобныя меркаванні прымяняюцца да бесперапыннага рассейвання магутнасці, якое залежыць не толькі ад тэмпературы, але і ад часу. Уявіце прыладу, якая бесперапынна працуе пры PD=4 Вт на працягу 10 секунд пры TA=70 ℃. Тое, што ўяўляе сабой "бесперапынны" перыяд часу, будзе адрознівацца ў залежнасці ад пакета MOSFET, так што вы захочаце выкарыстаць графік нармалізаванага цеплавога пераходнага імпедансу з табліцы дадзеных, каб убачыць, як выглядае рассейванне магутнасці праз 10 секунд, 100 секунд або 10 хвілін . Як паказана на малюнку 3, каэфіцыент цеплавога супраціву гэтай спецыялізаванай прылады пасля 10-секунднага імпульсу складае прыблізна 0,33, што азначае, што пасля таго, як упакоўка дасягае цеплавога насычэння прыкладна праз 10 хвілін, магутнасць рассейвання цяпла прылады складае ўсяго 1,33 Вт замест 4 Вт . Хоць магутнасць цеплааддачы прылады можа дасягаць каля 2 Вт пры добрым астуджэнні.
Малюнак 3 Цеплавое супраціўленне MOSFET пры падачы імпульсу харчавання
Фактычна, мы можам падзяліць выбар MOSFET на чатыры этапы.
Першы крок: выбраць канал N або канал P
Першым крокам у выбары правільнай прылады для вашай канструкцыі з'яўляецца прыняцце рашэння аб выкарыстанні N-канальнага або P-канальнага MOSFET. У тыповым прымяненні электраэнергіі, калі МОП-транзістар падлучаны да зазямлення, а нагрузка падключана да сеткавага напружання, МАП-транзістар утварае перамыкач нізкага ўзроўню. У пераключальніку нізкага ўзроўню варта выкарыстоўваць N-канальныя МАП-транзістары з улікам напружання, неабходнага для выключэння або ўключэння прылады. Калі MOSFET падлучаны да шыны і нагрузка да зямлі, выкарыстоўваецца перамыкач высокага боку. У гэтай тапалогіі звычайна выкарыстоўваюцца Р-канальныя МАП-транзістары, што таксама звязана з меркаваннямі прывада напружання. Каб выбраць правільную прыладу для вашага прыкладання, вы павінны вызначыць напружанне, неабходнае для кіравання прыладай, і самы просты спосаб зрабіць гэта ў вашай канструкцыі. Наступным крокам з'яўляецца вызначэнне патрабаванага намінальнага напружання або максімальнага напружання, якое можа вытрымаць прылада. Чым вышэй паказчык напружання, тым вышэй кошт прылады. Згодна з практычным вопытам, намінальнае напружанне павінна быць больш, чым напружанне сеткі або шыны. Гэта забяспечыць дастатковую абарону, так што MOSFET не выйдзе з ладу. Пры выбары МОП-транзістара неабходна вызначыць максімальнае напружанне, якое можна дапусціць ад сцёку да крыніцы, гэта значыць максімальнае VDS. Важна ведаць, што максімальнае напружанне MOSFET можа вытрымаць змены з тэмпературай. Дызайнеры павінны праверыць змены напружання ва ўсім дыяпазоне працоўных тэмператур. Намінальнае напружанне павінна мець дастатковы запас, каб пакрыць гэты дыяпазон змены, каб гарантаваць, што ланцуг не выйдзе з ладу. Іншыя фактары бяспекі, якія інжынеры-канструктары павінны ўлічваць, уключаюць пераходныя працэсы напружання, выкліканыя пераключэннем электронікі, такой як рухавікі або трансфарматары. Намінальныя напружання адрозніваюцца для розных прыкладанняў; звычайна 20 В для партатыўных прылад, 20-30 В для блокаў сілкавання FPGA і 450-600 В для прыкладанняў 85-220 В пераменнага току.
Крок 2: Вызначце намінальны ток
Другі крок - выбраць бягучы рэйтынг MOSFET. У залежнасці ад канфігурацыі ланцуга гэты намінальны ток павінен быць максімальным токам, які можа вытрымаць нагрузка пры любых абставінах. Падобна сітуацыі з напругай, дызайнер павінен пераканацца, што абраны МАП-транзістар можа вытрымліваць гэты намінальны ток, нават калі сістэма стварае скокі току. Разглядаюцца два ўмовы току: бесперапынны рэжым і ўсплёск імпульсу. У рэжыме бесперапыннай праводнасці MOSFET знаходзіцца ва ўстойлівым стане, калі ток бесперапынна цячэ праз прыладу. Усплёск імпульсу азначае вялікі ўсплёск (або ўсплёск току), які праходзіць праз прыладу. Пасля таго, як максімальны ток пры гэтых умовах вызначаны, застаецца толькі выбраць прыладу, якая вытрымлівае гэты максімальны ток. Пасля выбару намінальнага току неабходна таксама разлічыць страты праводнасці. У рэальных сітуацыях MOSFET не з'яўляецца ідэальнай прыладай, таму што падчас працэсу праводнасці адбываецца страта электрычнай энергіі, якая называецца стратай праводнасці. MOSFET паводзіць сябе як пераменны рэзістар, калі ён "уключаны", што вызначаецца RDS(ON) прылады і значна змяняецца з тэмпературай. Страты магутнасці прылады можна разлічыць па Iload2×RDS(ON). Паколькі супраціў уключэння змяняецца з тэмпературай, страты магутнасці таксама будуць змяняцца прапарцыйна. Чым вышэй напружанне VGS, якое падаецца на MOSFET, тым меншым будзе RDS(ON); і наадварот, чым вышэй будзе RDS(ON). Для распрацоўніка сістэмы менавіта тут прыходзяць кампрамісы ў залежнасці ад напружання сістэмы. Для партатыўных канструкцый прасцей (і часцей) выкарыстоўваць меншае напружанне, у той час як для прамысловых канструкцый можна выкарыстоўваць больш высокае напружанне. Звярніце ўвагу, што супраціўленне RDS(ON) будзе трохі павялічвацца з павелічэннем току. Адхіленні ў розных электрычных параметрах рэзістара RDS(ON) можна знайсці ў тэхнічным пашпарце, прадастаўленым вытворцам. Тэхналогія аказвае істотны ўплыў на характарыстыкі прылады, таму што некаторыя тэхналогіі схільныя павялічваць RDS(ON) пры павелічэнні максімальнага VDS. Для такой тэхналогіі, калі вы збіраецеся паменшыць VDS і RDS(ON), вы павінны павялічыць памер чыпа, тым самым павялічыўшы адпаведны памер пакета і адпаведныя выдаткі на распрацоўку. У галіны існуе некалькі тэхналогій, якія спрабуюць кантраляваць павелічэнне памеру чыпа, найбольш важнымі з якіх з'яўляюцца тэхналогіі балансавання каналаў і зарада. У траншэйнай тэхналогіі ў пласціну ўбудоўваецца глыбокая канава, звычайна зарэзерваваная для нізкіх напружанняў, каб паменшыць супраціўленне RDS(ON) уключэння. Каб паменшыць уплыў максімальнага VDS на RDS(ON), у працэсе распрацоўкі быў выкарыстаны працэс эпітаксійнай калонкі росту/калонкі тручэння. Напрыклад, Fairchild Semiconductor распрацавала тэхналогію пад назвай SuperFET, якая дадае дадатковыя этапы вытворчасці для зніжэння RDS(ON). Гэты акцэнт на RDS(ON) важны, таму што па меры павелічэння напружання прабоя стандартнага MOSFET, RDS(ON) павялічваецца ў геаметрычнай прагрэсіі і прыводзіць да павелічэння памеру штампа. Працэс SuperFET змяняе экспанентную залежнасць паміж RDS(ON) і памерам пласціны на лінейную. Такім чынам, прылады SuperFET могуць дасягнуць ідэальнага нізкага RDS(ON) у малых памерах штампаў, нават пры напрузе прабоя да 600 В. У выніку памер пласцін можна паменшыць да 35%. Для канчатковых карыстальнікаў гэта азначае значнае памяншэнне памеру пакета.
Крок трэці: вызначэнне цеплавых патрабаванняў
Наступным крокам у выбары MOSFET з'яўляецца разлік цеплавых патрабаванняў сістэмы. Дызайнеры павінны ўлічваць два розныя сцэнары, найгоршы сцэнар і рэальны сцэнар. Рэкамендуецца выкарыстоўваць найгоршы вынік разліку, таму што гэты вынік забяспечвае большы запас трываласці і гарантуе, што сістэма не выйдзе з ладу. Ёсць таксама некаторыя дадзеныя вымярэнняў, якія патрабуюць увагі ў табліцы дадзеных MOSFET; напрыклад цеплавое супраціўленне паміж паўправадніковым злучэннем спакаванай прылады і навакольным асяроддзем і максімальная тэмпература злучэння. Тэмпература спалучэння прылады роўная максімальнай тэмпературы навакольнага асяроддзя плюс твор цеплавога супраціўлення і рассейванай магутнасці (тэмпература спалучэння = максімальная тэмпература навакольнага асяроддзя + [тэрмічнае супраціўленне × магутнасць рассейвання]). У адпаведнасці з гэтым ураўненнем можна вырашыць максімальную рассейваную магутнасць сістэмы, якая па вызначэнні роўная I2×RDS(ON). Паколькі канструктар вызначыў максімальны ток, які будзе праходзіць праз прыладу, RDS(ON) можна разлічыць пры розных тэмпературах. Варта адзначыць, што, маючы справу з простымі цеплавымі мадэлямі, дызайнеры таксама павінны ўлічваць цеплавую магутнасць паўправадніковага пераходу/корпуса прылады і корпуса/асяроддзя; гэта патрабуе, каб друкаваная плата і пакет не награваліся адразу. Лавінны прабой азначае, што адваротнае напружанне на паўправадніковым прыладзе перавышае максімальнае значэнне і ўтварае моцнае электрычнае поле для павелічэння току ў прыладзе. Гэты ток будзе рассейваць энергію, павялічваць тэмпературу прылады і, магчыма, пашкодзіць прыладу. Паўправадніковыя кампаніі правядуць лавінныя выпрабаванні прылад, разлічаць іх лавінавае напружанне або правераць надзейнасць прылады. Ёсць два метады разліку намінальнага лавіннага напружання; адзін - статыстычны метад, а другі - цеплавы разлік. Шырока выкарыстоўваецца цеплавой разлік, таму што ён больш практычны. Многія кампаніі прадставілі падрабязную інфармацыю аб тэставанні сваіх прылад. Напрыклад, Fairchild Semiconductor прадастаўляе "Рэкамендацыі па лавінным сілавым MOSFET" (рэкамендацыі па Power MOSFET Avalanche можна загрузіць з вэб-сайта Fairchild). У дадатак да вылічэнняў, тэхналогіі таксама маюць вялікі ўплыў на эфект лавіны. Напрыклад, павелічэнне памеру штампа павялічвае лавінаўстойлівасць і, у канчатковым рахунку, павышае трываласць прылады. Для канчатковых карыстальнікаў гэта азначае выкарыстанне большых пакетаў у сістэме.
Крок 4: Вызначце прадукцыйнасць пераключальніка
Апошнім крокам у выбары MOSFET з'яўляецца вызначэнне прадукцыйнасці пераключэння MOSFET. Ёсць шмат параметраў, якія ўплываюць на прадукцыйнасць пераключэння, але найбольш важнымі з'яўляюцца ёмістасць затвор/сцёк, засаўка/крыніца і ёмістасць сцёк/крыніца. Гэтыя кандэнсатары ствараюць страты пры пераключэнні ў прыладзе, таму што яны зараджаюцца пры кожным пераключэнні. Такім чынам, хуткасць пераключэння MOSFET зніжаецца, і эфектыўнасць прылады таксама зніжаецца. Каб разлічыць агульныя страты ў прыладзе падчас пераключэння, распрацоўшчык павінен разлічыць страты падчас уключэння (Eon) і страты падчас выключэння (Eoff). Агульная магутнасць перамыкача MOSFET можа быць выражана наступным ураўненнем: Psw=(Eon+Eoff)×частата пераключэння. Найбольшы ўплыў на прадукцыйнасць пераключэння аказвае зарад затвора (Qgd). Зыходзячы з важнасці прадукцыйнасці пераключэння, пастаянна распрацоўваюцца новыя тэхналогіі для вырашэння гэтай праблемы пераключэння. Павелічэнне памеру мікрасхемы павялічвае зарад засаўкі; гэта павялічвае памер прылады. Каб паменшыць страты пры пераключэнні, з'явіліся новыя тэхналогіі, такія як акісленне тоўстага дна канала, накіраваныя на зніжэнне зарада засаўкі. Напрыклад, новая тэхналогія SuperFET можа мінімізаваць страты на праводнасць і палепшыць прадукцыйнасць пераключэння за кошт зніжэння RDS(ON) і зарада засаўкі (Qg). Такім чынам, MOSFET могуць спраўляцца з высакахуткаснымі пераходнымі працэсамі напружання (dv/dt) і пераходнымі працэсамі току (di/dt) падчас пераключэння і нават могуць надзейна працаваць на больш высокіх частотах пераключэння.
Час публікацыі: 23 кастрычніка 2023 г
