Krag halfgeleier toestelle word wyd gebruik in die industrie, verbruik, militêre en ander velde, en het 'n hoë strategiese posisie. Kom ons kyk na die algehele prentjie van kragtoestelle vanaf 'n prent:
Krag halfgeleier toestelle kan verdeel word in volle tipe, semi-beheerde tipe en nie-beheerbare tipe volgens die mate van beheer van stroombaan seine. Of volgens die sein eienskappe van die dryfkring, kan dit verdeel word in spanningsgedrewe tipe, stroomgedrewe tipe, ens.
| Klassifikasie | tipe | Spesifieke krag halfgeleier toestelle |
| Beheerbaarheid van elektriese seine | Semi-beheerde tipe | SCR |
| Volle beheer | GTO, GTR, MOSFET, IGBT | |
| Onbeheerbaar | Kragdiode | |
| Bestuursein eienskappe | Spanningsaangedrewe tipe | IGBT, MOSFET, SITH |
| Huidige aangedrewe tipe | SCR, GTO, GTR | |
| Effektiewe seingolfvorm | Tipe polssneller | SCR, GTO |
| Elektroniese beheer tipe | GTR, MOSFET, IGBT | |
| Situasies waarin stroomdraende elektrone deelneem | bipolêre toestel | Kragdiode, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| Unipolêre toestel | MOSFET, SIT | |
| Saamgestelde toestel | MCT, IGBT, SITH en IGCT |
Verskillende kraghalfgeleiertoestelle het verskillende eienskappe soos spanning, stroomkapasiteit, impedansievermoë en grootte. In werklike gebruik moet toepaslike toestelle gekies word volgens verskillende velde en behoeftes.
Die halfgeleierbedryf het sedert sy geboorte deur drie generasies van wesenlike veranderinge gegaan. Tot dusver word die eerste halfgeleiermateriaal wat deur Si verteenwoordig word, steeds hoofsaaklik in die veld van kraghalfgeleiertoestelle gebruik.
| Halfgeleier materiaal | Bandgap (eV) | Smeltpunt (K) | hooftoepassing | |
| 1ste generasie halfgeleier materiale | Ge | 1.1 | 1221 | Lae spanning, lae frekwensie, medium krag transistors, fotodetektors |
| 2de generasie halfgeleier materiale | Si | 0.7 | 1687 | |
| 3de generasie halfgeleier materiale | GaAs | 1.4 | 1511 | Mikrogolf, millimetergolftoestelle, liguitstralende toestelle |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. Hoë-temperatuur, hoëfrekwensie, stralingsbestande hoëkragtoestelle 2. Blou, graad, violet lig-emitterende diodes, halfgeleier lasers | |
| GaN | 3.4 | 1973 | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | ＞3800 | ||
| ZnO | 3,37 | 2248 | ||
Som die kenmerke van semi-beheerde en ten volle beheerde kragtoestelle op:
| Soort toestel | SCR | GTR | MOSFET | IGBT |
| Beheer tipe | Pols sneller | Huidige beheer | spanning beheer | film sentrum |
| self-afsluitlyn | Kommutasie-afsluiting | selfafskakeltoestel | selfafskakeltoestel | selfafskakeltoestel |
| werk frekwensie | ＜1 kHz | ＜30 kHz | 20 kHz-Mhz | ＜40 kHz |
| Dryfkrag | klein | groot | klein | klein |
| omskakelingsverliese | groot | groot | groot | groot |
| geleiding verlies | klein | klein | groot | klein |
| Spanning en stroomvlak | 最大 | groot | minimum | meer |
| Tipiese toepassings | Mediumfrekwensie induksie verwarming | UPS frekwensie-omskakelaar | kragtoevoer oorskakel | UPS frekwensie-omskakelaar |
| prys | laagste | laer | in die middel | Die duurste |
| geleidingsmodulasie effek | het | het | geen | het |
Leer ken MOSFET's
MOSFET het hoë insetimpedansie, lae geraas en goeie termiese stabiliteit; dit het 'n eenvoudige vervaardigingsproses en sterk bestraling, dus word dit gewoonlik in versterkerkringe of skakelkringe gebruik;
(1) Hoofseleksieparameters: drein-bronspanning VDS (weerstaan spanning), ID deurlopende lekstroom, RDS(aan) aan-weerstand, Ciss insetkapasitansie (aansluitingskapasitansie), kwaliteit faktor FOM=Ron*Qg, ens.
(2) Volgens verskillende prosesse word dit in TrenchMOS verdeel: sloot MOSFET, hoofsaaklik in die laespanningsveld binne 100V; SGT (Split Gate) MOSFET: gesplete hek MOSFET, hoofsaaklik in die medium en lae spanning veld binne 200V; SJ MOSFET: super aansluiting MOSFET, hoofsaaklik in die hoë spanning veld 600-800V;
In 'n skakelkragtoevoer, soos 'n oop-dreinstroombaan, word die drein ongeskonde aan die las gekoppel, wat 'n oop-drein genoem word. In 'n oopdreinbaan, maak nie saak hoe hoog die spanning die las is gekoppel nie, die lasstroom kan aan- en afgeskakel word. Dit is 'n ideale analoog skakel toestel. Dit is die beginsel van MOSFET as 'n skakeltoestel.
Wat markaandeel betref, is MOSFET's byna almal gekonsentreer in die hande van groot internasionale vervaardigers. Onder hulle het Infineon IR (American International Rectifier Company) in 2015 verkry en die bedryfsleier geword. ON Semiconductor het ook die verkryging van Fairchild Semiconductor in September 2016 voltooi. , die markaandeel het na die tweede plek gespring, en toe was die verkoopsranglys Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna, ens.;
Hoofstroom MOSFET-handelsmerke word in verskeie reekse verdeel: Amerikaans, Japannees en Koreaans.
Amerikaanse reeks: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS, ens.;
Japannees: Toshiba, Renesas, ROHM, ens.;
Koreaanse reeks: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
MOSFET pakket kategorieë
Volgens die manier waarop dit op die PCB-bord geïnstalleer is, is daar twee hooftipes MOSFET-pakkette: inprop (Deur gat) en oppervlakmontering (Surface Mount). .
Die inprop-tipe beteken dat die penne van die MOSFET deur die monteergate van die PCB-bord gaan en aan die PCB-bord vasgesweis word. Algemene inproppakkette sluit in: dubbele inlyn-pakket (DIP), transistor-omtrekpakket (TO) en penrooster-skikkingspakket (PGA).
Inprop-verpakking
Oppervlakmontering is waar die MOSFET-penne en hitte-afvoerflens aan die kussings op die oppervlak van die PCB-bord gesweis word. Tipiese oppervlakmonteringspakkette sluit in: transistor-omtrek (D-PAK), klein buitelyn-transistor (SOT), klein buitelyn-pakket (SOP), quad plat pakket (QFP), plastiek-loodskyfiedraer (PLCC), ens.
oppervlak berg pakket
Met die ontwikkeling van tegnologie gebruik PCB-borde soos moederborde en grafiese kaarte tans al hoe minder direkte inprop-verpakking, en meer oppervlak-gemonteerde verpakking word gebruik.
1. Dubbele inlyn-pakket (DIP)
Die DIP-pakket het twee rye penne en moet in 'n skyfie-sok met 'n DIP-struktuur geplaas word. Die afleidingsmetode daarvan is SDIP (Shrink DIP), wat 'n krimp dubbel-in-lyn pakket is. Die pendigtheid is 6 keer hoër as dié van DIP.
DIP-verpakkingstruktuurvorms sluit in: multi-laag keramiek dubbel-in-lyn DIP, enkel-laag keramiek dubbel-in-lyn DIP, lood raam DIP (insluitend glas-keramiek verseëling tipe, plastiek inkapseling struktuur tipe, keramiek laagsmeltende glas inkapseling tipe) ens. Die kenmerk van DIP-verpakking is dat dit maklik deur-gat-sweiswerk van PCB-borde kan realiseer en goeie verenigbaarheid met die moederbord het.
Omdat sy verpakkingsarea en -dikte egter relatief groot is, en die penne maklik beskadig word tydens die inprop- en ontkoppelproses, is die betroubaarheid swak. Terselfdertyd, as gevolg van die invloed van die proses, oorskry die aantal penne gewoonlik nie 100 nie. Daarom, in die proses van hoë integrasie van die elektroniese industrie, het DIP-verpakking geleidelik uit die stadium van die geskiedenis onttrek.
2. Transistor Outline Package (TO)
Vroeë verpakkingspesifikasies, soos TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251, ens. is almal inpropverpakkingsontwerpe.
TO-3P/247: Dit is 'n algemeen gebruikte verpakkingsvorm vir medium-hoë spanning en hoëstroom MOSFET's. Die produk het die eienskappe van hoë weerstaanspanning en sterk afbreekweerstand. ,
TO-220/220F: TO-220F is 'n volledig plastiekpakket, en dit is nie nodig om 'n isolerende kussing by te voeg wanneer dit op 'n verkoeler geïnstalleer word nie; TO-220 het 'n metaalplaat wat aan die middelste pen gekoppel is, en 'n isolerende kussing word benodig wanneer die verkoeler geïnstalleer word. Die MOSFET's van hierdie twee pakketstyle het soortgelyke voorkoms en kan uitruilbaar gebruik word. ,
TO-251: Hierdie verpakte produk word hoofsaaklik gebruik om koste te verminder en produkgrootte te verminder. Dit word hoofsaaklik gebruik in omgewings met mediumspanning en hoë stroom onder 60A en hoë spanning onder 7N. ,
TO-92: Hierdie pakket word slegs gebruik vir laespanning MOSFET (stroom onder 10A, weerstaan spanning onder 60V) en hoëspanning 1N60/65, om koste te verminder.
In onlangse jare, as gevolg van die hoë sweiskoste van die inpropverpakkingsproses en swak hitteafvoerprestasie teenoor pleistertipe produkte, het die vraag in die oppervlakmonteringsmark aanhou toeneem, wat ook gelei het tot die ontwikkeling van TO-verpakking in oppervlak gemonteerde verpakking.
TO-252 (ook genoem D-PAK) en TO-263 (D2PAK) is albei oppervlakmonteringspakkette.。
OM produkvoorkoms te verpak
TO252/D-PAK is 'n plastiekskyfiepakket wat algemeen gebruik word vir die verpakking van kragtransistors en spanningstabiliserende skyfies. Dit is een van die huidige hoofstroompakkette. Die MOSFET wat hierdie verpakkingsmetode gebruik, het drie elektrodes, hek (G), drein (D) en bron (S). Die dreineringspen (D) is afgesny en word nie gebruik nie. In plaas daarvan word die hitte-afvoer op die agterkant gebruik as die drein (D), wat direk aan die PCB gesweis is. Aan die een kant word dit gebruik om groot strome uit te voer, en aan die ander kant versprei dit hitte deur die PCB. Daarom is daar drie D-PAK pads op die PCB, en die drein (D) pad is groter. Die verpakkingspesifikasies daarvan is soos volg:
TO-252/D-PAK pakketgrootte spesifikasies
TO-263 is 'n variant van TO-220. Dit is hoofsaaklik ontwerp om produksiedoeltreffendheid en hitteafvoer te verbeter. Dit ondersteun uiters hoë stroom en spanning. Dit is meer algemeen in medium-spanning hoëstroom MOSFET's onder 150A en bo 30V. Benewens D2PAK (TO-263AB), sluit dit ook TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 en ander style in, wat ondergeskik is aan TO-263, hoofsaaklik as gevolg van die verskillende aantal en afstand van penne .
TO-263/D2PAK pakketgrootte spesifikasies
3. Pin rooster skikking pakket (PGA)
Daar is verskeie vierkantige skikkingpenne binne en buite die PGA (Pin Grid Array Package)-skyfie. Elke vierkantige skikkingspen is op 'n sekere afstand rondom die skyfie gerangskik. Afhangende van die aantal penne, kan dit in 2 tot 5 sirkels gevorm word. Tydens installasie, plaas net die skyfie in die spesiale PGA-sok. Dit het die voordele van maklike in- en ontkoppel en hoë betroubaarheid, en kan aanpas by hoër frekwensies.
PGA-pakketstyl
Die meeste van sy chip-substrate is gemaak van keramiekmateriaal, en sommige gebruik spesiale plastiekhars as die substraat. Wat tegnologie betref, is die penmiddelafstand gewoonlik 2,54 mm, en die aantal penne wissel van 64 tot 447. Die kenmerk van hierdie soort verpakking is dat hoe kleiner die verpakkingsarea (volume), hoe laer is die kragverbruik (prestasie). ) dit kan weerstaan, en omgekeerd. Hierdie verpakkingstyl van skyfies was meer algemeen in die vroeë dae, en is meestal gebruik vir die verpakking van hoë-kragverbruik produkte soos SVE's. Byvoorbeeld, Intel se 80486 en Pentium gebruik almal hierdie verpakkingstyl; dit word nie algemeen deur MOSFET-vervaardigers aangeneem nie.
4. Small Outline Transistor Package (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) is 'n pleistertipe kleinkragtransistorpakket, wat hoofsaaklik SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (dws SOT23-5), ens. SOT323, SOT363/SOT26 (dws SOT23-6) en ander tipes insluit afgelei, wat kleiner in grootte is as TO-pakkette.
SOT pakket tipe
SOT23 is 'n algemeen gebruikte transistorpakket met drie vlerkvormige penne, naamlik versamelaar, emitter en basis, wat aan beide kante van die lang kant van die komponent gelys is. Onder hulle is die emittor en basis aan dieselfde kant. Hulle is algemeen in lae-krag transistors, veldeffek transistors en saamgestelde transistors met resistor netwerke. Hulle het goeie sterkte maar swak soldeerbaarheid. Die voorkoms word in Figuur (a) hieronder getoon.
SOT89 het drie kort penne wat aan die een kant van die transistor versprei is. Die ander kant is 'n metaal-koelbak wat aan die basis gekoppel is om die hitte-afvoervermoë te verhoog. Dit is algemeen in silikonkrag-oppervlakgemonteerde transistors en is geskik vir toepassings met hoër krag. Die voorkoms word in Figuur (b) hieronder getoon. ,
SOT143 het vier kort vlerkvormige penne wat van beide kante af uitgelei word. Die breër punt van die pen is die versamelaar. Hierdie tipe pakket is algemeen in hoëfrekwensie transistors, en die voorkoms daarvan word in Figuur (c) hieronder getoon. ,
SOT252 is 'n hoëkrag-transistor met drie penne wat van die een kant af lei, en die middelste pen is korter en is die versamelaar. Koppel aan die groter pen aan die ander kant, wat 'n koperplaat is vir hitte-afvoer, en die voorkoms daarvan is soos getoon in Figuur (d) hieronder.
Algemene SOT pakket voorkoms vergelyking
Die vier-terminale SOT-89 MOSFET word algemeen op moederborde gebruik. Die spesifikasies en afmetings daarvan is soos volg:
SOT-89 MOSFET grootte spesifikasies (eenheid: mm)
5. Klein uiteensettingpakket (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) is een van die oppervlakmonteringspakkette, ook genoem SOL of DFP. Die penne word van beide kante van die pakkie in 'n seemeeuvlerkvorm (L-vorm) uitgetrek. Die materiaal is plastiek en keramiek. SOP-verpakkingstandaarde sluit in SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28, ens. Die nommer na SOP dui die aantal penne aan. Die meeste MOSFET SOP-pakkette neem SOP-8-spesifikasies aan. Die bedryf laat dikwels "P" weg en verkort dit as SO (Small Out-Line).
SOP-8 pakketgrootte
SO-8 is die eerste keer ontwikkel deur PHILIP Company. Dit is in plastiek verpak, het geen hitte-afvoer-onderplaat nie, en het 'n swak hitte-afvoer. Dit word oor die algemeen gebruik vir lae-krag MOSFET's. Later is standaardspesifikasies soos TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP), ens., geleidelik afgelei; onder hulle word TSOP en TSSOP algemeen in MOSFET-verpakking gebruik.
SOP-afgeleide spesifikasies wat algemeen vir MOSFET's gebruik word
6. Quad Flat Package (QFP)
Die afstand tussen chip penne in QFP (Plastic Quad Flat Package) pakket is baie klein en die penne is baie dun. Dit word oor die algemeen in grootskaalse of ultragroot geïntegreerde stroombane gebruik, en die aantal penne is oor die algemeen meer as 100. Skyfies wat in hierdie vorm verpak word, moet SBS-oppervlakmonteringstegnologie gebruik om die skyfie aan die moederbord te soldeer. Hierdie verpakkingsmetode het vier hoofkenmerke: ① Dit is geskik vir SMD-oppervlakmonteringstegnologie om bedrading op PCB-stroombane te installeer; ② Dit is geskik vir hoëfrekwensiegebruik; ③ Dit is maklik om te bedryf en het hoë betroubaarheid; ④ Die verhouding tussen die skyfie-area en die verpakkingsarea is klein. Soos die PGA-verpakkingsmetode, draai hierdie verpakkingsmetode die skyfie in 'n plastiekverpakking toe en kan nie die hitte wat gegenereer word wanneer die skyfie betyds werk nie, verdryf. Dit beperk die verbetering van MOSFET-prestasie; en die plastiekverpakking self verhoog die grootte van die toestel, wat nie voldoen aan die vereistes vir die ontwikkeling van halfgeleiers in die rigting om lig, dun, kort en klein te wees nie. Daarbenewens is hierdie tipe verpakkingsmetode gebaseer op 'n enkele skyfie, wat die probleme van lae produksiedoeltreffendheid en hoë verpakkingskoste het. Daarom is QFP meer geskik vir gebruik in digitale logika LSI stroombane soos mikroverwerkers/hek skikkings, en is ook geskik vir die verpakking van analoog LSI stroombaan produkte soos VTR sein verwerking en oudio sein verwerking.
7、Quad plat pakket met geen leidrade (QFN)
Die QFN-pakket (Quad Flat Non-leaded package) is toegerus met elektrodekontakte aan al vier kante. Aangesien daar geen leidrade is nie, is die monteerarea kleiner as QFP en die hoogte is laer as QFP. Onder hulle word keramiek QFN ook LCC (Leadless Chip Carriers) genoem, en laekoste plastiek QFN wat glas epoksiehars gedrukte substraat basismateriaal gebruik word plastiek LCC, PCLC, P-LCC, ens. Dit is 'n opkomende oppervlak-gemonteerde chip verpakking tegnologie met klein padgrootte, klein volume en plastiek as seëlmateriaal. QFN word hoofsaaklik gebruik vir geïntegreerde stroombaan verpakking, en MOSFET sal nie gebruik word nie. Omdat Intel egter 'n geïntegreerde drywer en MOSFET-oplossing voorgestel het, het dit DrMOS in 'n QFN-56-pakket bekendgestel ("56" verwys na die 56 verbindingspennetjies op die agterkant van die skyfie).
Daar moet kennis geneem word dat die QFN-pakket dieselfde eksterne loodkonfigurasie het as die ultra-dun klein omtrekpakket (TSSOP), maar sy grootte is 62% kleiner as die TSSOP. Volgens QFN-modelleringsdata is sy termiese werkverrigting 55% hoër as dié van TSSOP-verpakking, en sy elektriese werkverrigting (induktansie en kapasitansie) is onderskeidelik 60% en 30% hoër as TSSOP-verpakking. Die grootste nadeel is dat dit moeilik is om te herstel.
DrMOS in QFN-56-pakket
Tradisionele diskrete GS/GS afwaartse skakelkragbronne kan nie aan die vereistes vir hoër drywingsdigtheid voldoen nie, en kan ook nie die probleem van parasitiese parametereffekte by hoë skakelfrekwensies oplos nie. Met die innovasie en vooruitgang van tegnologie het dit 'n werklikheid geword om drywers en MOSFET's te integreer om multi-chip modules te bou. Hierdie integrasiemetode kan aansienlike ruimte bespaar en kragverbruikdigtheid verhoog. Deur die optimalisering van drywers en MOSFET's het dit 'n werklikheid geword. Kragdoeltreffendheid en GS-stroom van hoë gehalte, dit is DrMOS-geïntegreerde drywer-IC.
Renesas 2de generasie DrMOS
Die QFN-56 loodlose pakket maak DrMOS termiese impedansie baie laag; met interne draadbinding en koperklemontwerp, kan eksterne PCB-bedrading tot die minimum beperk word, waardeur induktansie en weerstand verminder word. Daarbenewens kan die diepkanaal silikon MOSFET-proses wat gebruik word ook geleiding-, skakel- en hekladingsverliese aansienlik verminder; dit is versoenbaar met 'n verskeidenheid beheerders, kan verskillende bedryfsmodusse bereik, en ondersteun aktiewe fase-omskakelingsmodus APS (Auto Phase Switching). Benewens QFN-verpakking, is bilaterale plat geen-loodverpakking (DFN) ook 'n nuwe elektroniese verpakkingsproses wat wyd in verskeie komponente van ON Semiconductor gebruik is. In vergelyking met QFN, het DFN minder uitloopelektrodes aan beide kante.
8、 Plastiekloodskyfiedraer (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) het 'n vierkantige vorm en is baie kleiner as die DIP-pakket. Dit het 32 penne met penne reg rondom. Die penne word van die vier kante van die pakkie in 'n T-vorm uitgelei. Dit is 'n plastiekproduk. Die penmiddelafstand is 1,27 mm, en die aantal penne wissel van 18 tot 84. Die J-vormige penne word nie maklik vervorm nie en is makliker om te bedryf as QFP, maar die voorkoms-inspeksie na sweiswerk is moeiliker. PLCC-verpakking is geskik vir die installering van bedrading op PCB met behulp van SBS-oppervlakmonteringstegnologie. Dit het die voordele van klein grootte en hoë betroubaarheid. PLCC-verpakking is relatief algemeen en word gebruik in logiese LSI, DLD (of program logika toestel) en ander stroombane. Hierdie verpakkingsvorm word dikwels in moederbord-BIOS gebruik, maar dit is tans minder algemeen in MOSFET's.
Inkapseling en verbetering vir hoofstroomondernemings
As gevolg van die ontwikkelingstendens van lae spanning en hoë stroom in SVE's, moet MOSFET's groot uitsetstroom, lae aanweerstand, lae hitte-opwekking, vinnige hitte-afvoer en klein grootte hê. Benewens die verbetering van skyfieproduksietegnologie en -prosesse, gaan MOSFET-vervaardigers ook voort om verpakkingstegnologie te verbeter. Op grond van verenigbaarheid met standaardvoorkomsspesifikasies, stel hulle nuwe verpakkingsvorms voor en registreer handelsmerkname vir die nuwe pakkette wat hulle ontwikkel.
1、RENESAS WPAK-, LFPAK- en LFPAK-I-pakkette
WPAK is 'n hoë hittebestralingspakket wat deur Renesas ontwikkel is. Deur die D-PAK-pakket na te boots, word die chip-hitteafleider aan die moederbord vasgesweis, en die hitte word deur die moederbord versprei, sodat die klein pakket WPAK ook die uitsetstroom van D-PAK kan bereik. WPAK-D2 verpak twee hoë/lae MOSFET's om bedradingsinduktansie te verminder.
Renesas WPAK-pakketgrootte
LFPAK en LFPAK-I is twee ander klein vormfaktor-pakkette wat deur Renesas ontwikkel is wat versoenbaar is met SO-8. LFPAK is soortgelyk aan D-PAK, maar kleiner as D-PAK. LFPAK-i plaas die hitte-afleider opwaarts om hitte deur die hitte-afleider te verdryf.
Renesas LFPAK en LFPAK-I pakkette
2. Vishay Power-PAK en Polar-PAK verpakking
Power-PAK is die MOSFET-pakketnaam wat deur Vishay Corporation geregistreer is. Power-PAK sluit twee spesifikasies in: Power-PAK1212-8 en Power-PAK SO-8.
Vishay Power-PAK1212-8 pakket
Vishay Power-PAK SO-8-pakket
Polar PAK is 'n klein pakket met dubbelzijdige hitte-afvoer en is een van Vishay se kernverpakkingstegnologieë. Polar PAK is dieselfde as die gewone so-8-pakket. Dit het afvoerpunte aan beide die boonste en onderste kante van die verpakking. Dit is nie maklik om hitte binne-in die pakket te versamel nie en kan die stroomdigtheid van die bedryfsstroom tot twee keer dié van SO-8 verhoog. Tans het Vishay Polar PAK-tegnologie aan STMicroelectronics gelisensieer.
Vishay Polar PAK-pakket
3. Onsi SO-8 en WDFN8 plat lood pakkette
ON Semiconductor het twee tipes platlood MOSFET's ontwikkel, waaronder die SO-8-versoenbare platloods wat deur baie borde gebruik word. ON Semiconductor se nuutgeloodsde NVMx- en NVTx-krag-MOSFET's gebruik kompakte DFN5 (SO-8FL) en WDFN8-pakkette om geleidingsverliese te minimaliseer. Dit beskik ook oor lae QG en kapasitansie om bestuurderverliese te verminder.
ON Halfgeleier SO-8 Platloodpakket
ON Semiconductor WDFN8-pakket
4. NXP LFPAK en QLPAK verpakking
NXP (voorheen Philps) het SO-8-verpakkingstegnologie in LFPAK en QLPAK verbeter. Onder hulle word LFPAK beskou as die mees betroubare krag SO-8-pakket ter wêreld; terwyl QLPAK die kenmerke van klein grootte en hoër hitte-afvoer doeltreffendheid het. In vergelyking met gewone SO-8, beslaan QLPAK 'n PCB-bordoppervlakte van 6*5 mm en het 'n termiese weerstand van 1.5k/W.
NXP LFPAK-pakket
NXP QLPAK verpakking
4. ST Halfgeleier PowerSO-8-pakket
STMicroelectronics se krag MOSFET chip verpakking tegnologie sluit in SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK, ens. Onder hulle is Power SO-8 'n verbeterde weergawe van SO-8. Daarbenewens is daar PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 en ander pakkette.
STMicroelectronics Power SO-8-pakket
5. Fairchild Semiconductor Power 56-pakket
Power 56 is Farichild se eksklusiewe naam, en sy amptelike naam is DFN5×6. Sy verpakkingsarea is vergelykbaar met dié van die algemeen gebruikte TSOP-8, en die dun pakket spaar komponentvryhoogte, en die Thermal-Pad-ontwerp aan die onderkant verminder termiese weerstand. Daarom het baie kragtoestelvervaardigers DFN5×6 ontplooi.
Fairchild Power 56-pakket
6. Internasionale gelykrigter (IR) Direkte VOO-pakket
Direkte VOO bied doeltreffende boonste verkoeling in 'n SO-8 of kleiner voetspoor en is geskik vir AC-DC en DC-DC kragomskakelingstoepassings in rekenaars, skootrekenaars, telekommunikasie en verbruikerselektronika toerusting. DirectFET se metaalblikkonstruksie bied dubbelzijdige hitte-afvoer, wat effektief die huidige hanteringsvermoëns van hoëfrekwensie GS-GS bok-omsetters verdubbel in vergelyking met standaard plastiek diskrete pakkette. Die Direct FET-pakket is 'n omgekeerde-gemonteerde tipe, met die drein (D)-hittebak wat na bo wys en bedek is met 'n metaaldop waardeur hitte afgelei word. Direkte VOO-verpakking verbeter hitte-afvoer aansienlik en neem minder spasie op met goeie hitte-afvoer.
Som op
In die toekoms, aangesien die elektroniese vervaardigingsbedryf voortgaan om te ontwikkel in die rigting van ultradun, miniaturisering, lae spanning en hoë stroom, sal die voorkoms en interne verpakkingstruktuur van MOSFET ook verander om beter aan te pas by die ontwikkelingsbehoeftes van die vervaardiging. bedryf. Boonop, om die seleksiedrempel vir elektroniese vervaardigers te verlaag, sal die tendens van MOSFET-ontwikkeling in die rigting van modularisering en stelselvlakverpakking toenemend duidelik word, en produkte sal op 'n gekoördineerde wyse ontwikkel vanuit veelvuldige dimensies soos werkverrigting en koste. . Pakket is een van die belangrike verwysingsfaktore vir MOSFET-seleksie. Verskillende elektroniese produkte het verskillende elektriese vereistes, en verskillende installasie-omgewings vereis ook ooreenstemmende grootte spesifikasies om te voldoen. By werklike seleksie moet die besluit geneem word volgens die werklike behoeftes onder die algemene beginsel. Sommige elektroniese stelsels word beperk deur die grootte van die PCB en interne hoogte. Modulekragbronne van kommunikasiestelsels gebruik byvoorbeeld gewoonlik DFN5*6- en DFN3*3-pakkette weens hoogtebeperkings; in sommige ACDC-kragbronne is ultra-dun ontwerpe of as gevolg van dopbeperkings geskik vir die samestelling van TO220-verpakte krag-MOSFET's. Op hierdie tydstip kan die penne direk in die wortel geplaas word, wat nie geskik is vir TO247-verpakte produkte nie; sommige ultra-dun ontwerpe vereis dat die toestelpennetjies gebuig en plat gelê word, wat die kompleksiteit van MOSFET-keuse sal verhoog.
Hoe om MOSFET te kies
'n Ingenieur het eenkeer vir my gesê dat hy nooit na die eerste bladsy van 'n MOSFET-datablad gekyk het nie omdat die "praktiese" inligting eers op die tweede bladsy en verder verskyn het. Feitlik elke bladsy op 'n MOSFET-datablad bevat waardevolle inligting vir ontwerpers. Maar dit is nie altyd duidelik hoe om die data wat deur vervaardigers verskaf word, te interpreteer nie.
Hierdie artikel gee 'n uiteensetting van sommige van die sleutelspesifikasies van MOSFET's, hoe dit op die datablad vermeld word, en die duidelike prentjie wat jy nodig het om hulle te verstaan. Soos die meeste elektroniese toestelle, word MOSFET's deur bedryfstemperatuur beïnvloed. Dit is dus belangrik om die toetstoestande te verstaan waaronder die genoemde aanwysers toegepas word. Dit is ook van kardinale belang om te verstaan of die aanwysers wat jy in die "Produk Inleiding" sien "maksimum" of "tipiese" waardes is, want sommige datablaaie maak dit nie duidelik nie.
Spanningsgraad
Die primêre eienskap wat 'n MOSFET bepaal, is sy drein-bronspanning VDS, of "drein-source breakdown voltage", wat die hoogste spanning is wat die MOSFET kan weerstaan sonder skade wanneer die hek na die bron en die dreinstroom kortgesluit word. is 250μA. . VDS word ook die "absolute maksimum spanning by 25°C" genoem, maar dit is belangrik om te onthou dat hierdie absolute spanning temperatuurafhanklik is, en daar is gewoonlik 'n "VDS-temperatuurkoëffisiënt" in die datablad. Jy moet ook verstaan dat maksimum VDS die GS-spanning plus enige spanningspieke en rimpelings is wat in die stroombaan teenwoordig kan wees. Byvoorbeeld, as jy 'n 30V-toestel op 'n 30V-kragbron met 'n 100mV, 5ns piek gebruik, sal die spanning die absolute maksimum limiet van die toestel oorskry en kan die toestel in stortvloedmodus gaan. In hierdie geval kan die betroubaarheid van die MOSFET nie gewaarborg word nie. By hoë temperature kan die temperatuurkoëffisiënt die afbreekspanning aansienlik verander. Byvoorbeeld, sommige N-kanaal MOSFET's met 'n spanninggradering van 600V het 'n positiewe temperatuurkoëffisiënt. Soos hulle hul maksimum aansluitingstemperatuur nader, veroorsaak die temperatuurkoëffisiënt dat hierdie MOSFET's soos 650V MOSFET's optree. Baie MOSFET-gebruikers se ontwerpreëls vereis 'n verminderingsfaktor van 10% tot 20%. In sommige ontwerpe, as in ag geneem word dat die werklike afbreekspanning 5% tot 10% hoër is as die gegradeerde waarde by 25°C, sal 'n ooreenstemmende nuttige ontwerpmarge by die werklike ontwerp gevoeg word, wat baie voordelig vir die ontwerp is. Net so belangrik vir die korrekte keuse van MOSFET's is om die rol van die hek-bronspanning VGS tydens die geleidingsproses te verstaan. Hierdie spanning is die spanning wat volle geleiding van die MOSFET onder 'n gegewe maksimum RDS(aan) toestand verseker. Dit is hoekom die aan-weerstand altyd verband hou met die VGS-vlak, en dit is slegs by hierdie spanning dat die toestel aangeskakel kan word. 'n Belangrike ontwerpgevolg is dat jy nie die MOSFET volledig kan aanskakel met 'n spanning laer as die minimum VGS wat gebruik word om die RDS(aan)-gradering te bereik nie. Byvoorbeeld, om 'n MOSFET volledig aan te dryf met 'n 3.3V mikrobeheerder, moet jy die MOSFET kan aanskakel by VGS=2.5V of laer.
Aan-weerstand, heklading, en "syfer van verdienste"
Die aan-weerstand van 'n MOSFET word altyd by een of meer hek-na-bron spannings bepaal. Die maksimum RDS(aan)-limiet kan 20% tot 50% hoër as die tipiese waarde wees. Die maksimum limiet van RDS(aan) verwys gewoonlik na die waarde by 'n aansluitingstemperatuur van 25°C. By hoër temperature kan RDS(aan) met 30% tot 150% toeneem, soos getoon in Figuur 1. Aangesien RDS(aan) verander met temperatuur en die minimum weerstandwaarde nie gewaarborg kan word nie, is die opsporing van stroom gebaseer op RDS(aan) nie 'n baie akkurate metode.
Figuur 1 RDS(aan) neem toe met temperatuur in die reeks van 30% tot 150% van die maksimum bedryfstemperatuur
Aan-weerstand is baie belangrik vir beide N-kanaal en P-kanaal MOSFET's. In die omskakeling van kragbronne is Qg 'n sleutelseleksiekriterium vir N-kanaal MOSFET's wat gebruik word om kragbronne te skakel omdat Qg skakelverliese beïnvloed. Hierdie verliese het twee effekte: een is die skakeltyd wat die MOSFET aan en af beïnvloed; die ander is die energie wat benodig word om die hekkapasitansie tydens elke skakelproses te laai. Een ding om in gedagte te hou is dat Qg afhang van die hek-bronspanning, selfs al verminder die gebruik van 'n laer Vgs skakelverliese. As 'n vinnige manier om MOSFET's wat bedoel is vir gebruik in skakeltoepassings te vergelyk, gebruik ontwerpers dikwels 'n enkelvoudige formule wat bestaan uit RDS(aan) vir geleidingsverliese en Qg vir skakelverliese: RDS(aan)xQg. Hierdie "syfer van verdienste" (FOM) som die toestel se werkverrigting op en laat MOSFET's vergelyk word in terme van tipiese of maksimum waardes. Om 'n akkurate vergelyking oor toestelle te verseker, moet jy seker maak dat dieselfde VGS vir RDS(aan) en Qg gebruik word, en dat die tipiese en maksimum waardes nie toevallig in die publikasie gemeng word nie. Laer FOM sal jou beter werkverrigting gee om toepassings te verander, maar dit is nie gewaarborg nie. Die beste vergelykingsresultate kan slegs in 'n werklike stroombaan verkry word, en in sommige gevalle moet die stroombaan vir elke MOSFET fyn ingestel word. Gegradeerde stroom en kragdissipasie, gebaseer op verskillende toetstoestande, het die meeste MOSFET's een of meer deurlopende dreinstrome in die datablad. Jy sal noukeurig na die datablad wil kyk om uit te vind of die gradering by die gespesifiseerde gevaltemperatuur is (bv. TC=25°C), of omgewingstemperatuur (bv. TA=25°C). Watter van hierdie waardes die mees relevant is, sal afhang van die toestelkenmerke en toepassing (sien Figuur 2).
Figuur 2 Alle absolute maksimum stroom- en drywingwaardes is werklike data
Vir klein oppervlakmonteertoestelle wat in handtoestelle gebruik word, kan die mees relevante stroomvlak dié by 'n omgewingstemperatuur van 70°C wees. Vir groot toerusting met heatsinks en gedwonge lugverkoeling, kan die huidige vlak by TA=25℃ nader aan die werklike situasie wees. Vir sommige toestelle kan die matrys meer stroom by sy maksimum aansluitingstemperatuur hanteer as die pakketlimiete. In sommige datablaaie is hierdie "die-beperkte" huidige vlak bykomende inligting tot die "pakket-beperkte" huidige vlak, wat jou 'n idee kan gee van die robuustheid van die dobbelsteen. Soortgelyke oorwegings geld vir deurlopende kragdissipasie, wat nie net van temperatuur afhang nie, maar ook op tyd. Stel jou voor dat 'n toestel vir 10 sekondes aanhoudend teen PD=4W werk by TA=70℃. Wat 'n "aaneenlopende" tydperk uitmaak, sal verskil op grond van die MOSFET-pakket, dus jy sal die genormaliseerde termiese verbygaande impedansie-plot van die datablad wil gebruik om te sien hoe die kragafvoer na 10 sekondes, 100 sekondes of 10 minute lyk. . Soos getoon in Figuur 3, is die termiese weerstandskoëffisiënt van hierdie gespesialiseerde toestel na 'n 10-sekonde-puls ongeveer 0,33, wat beteken dat sodra die pakket na ongeveer 10 minute termiese versadiging bereik, die toestel se hitte-afvoervermoë slegs 1,33W in plaas van 4W is. . Alhoewel die hitte-afvoervermoë van die toestel ongeveer 2W kan bereik onder goeie verkoeling.
Figuur 3 Termiese weerstand van MOSFET wanneer kragpuls toegepas word
Trouens, ons kan hoe om MOSFET te kies in vier stappe verdeel.
Die eerste stap: kies N-kanaal of P-kanaal
Die eerste stap in die keuse van die regte toestel vir jou ontwerp is om te besluit of jy 'n N-kanaal of P-kanaal MOSFET moet gebruik. In 'n tipiese kragtoepassing, wanneer 'n MOSFET aan grond gekoppel is en die las aan die hoofspanning gekoppel is, vorm die MOSFET die laekantskakelaar. In die laekantskakelaar moet N-kanaal MOSFET's gebruik word as gevolg van oorwegings van die spanning wat nodig is om die toestel af of aan te skakel. Wanneer die MOSFET aan die bus gekoppel is en na grond gelaai word, word 'n hoëkantskakelaar gebruik. P-kanaal MOSFET's word gewoonlik in hierdie topologie gebruik, wat ook te wyte is aan spanningsdryfoorwegings. Om die regte toestel vir jou toepassing te kies, moet jy die spanning bepaal wat nodig is om die toestel aan te dryf en die maklikste manier om dit in jou ontwerp te doen. Die volgende stap is om die vereiste spanninggradering te bepaal, of die maksimum spanning wat die toestel kan weerstaan. Hoe hoër die spanningsgradering, hoe hoër is die koste van die toestel. Volgens praktiese ondervinding moet die nominale spanning groter wees as die hoofspanning of busspanning. Dit sal voldoende beskerming bied sodat die MOSFET nie sal misluk nie. Wanneer 'n MOSFET gekies word, is dit nodig om die maksimum spanning te bepaal wat vanaf die drein na die bron geduld kan word, dit is die maksimum VDS. Dit is belangrik om te weet dat die maksimum spanning wat 'n MOSFET veranderinge met temperatuur kan weerstaan. Ontwerpers moet spanningsvariasies oor die hele bedryfstemperatuurreeks toets. Die nominale spanning moet genoeg marge hê om hierdie variasiereeks te dek om te verseker dat die stroombaan nie sal misluk nie. Ander veiligheidsfaktore wat ontwerpingenieurs moet oorweeg, sluit in spanningsoorgange wat veroorsaak word deur elektronika soos motors of transformators te skakel. Gegradeerde spannings verskil vir verskillende toepassings; tipies, 20V vir draagbare toestelle, 20-30V vir FPGA-kragbronne, en 450-600V vir 85-220VAC-toepassings.
Stap 2: Bepaal die aangeslane stroom
Die tweede stap is om die huidige gradering van die MOSFET te kies. Afhangende van die stroombaankonfigurasie, behoort hierdie aangeslane stroom die maksimum stroom te wees wat die las onder alle omstandighede kan weerstaan. Soortgelyk aan die spanningsituasie, moet die ontwerper verseker dat die MOSFET wat gekies is, hierdie stroomgradering kan weerstaan, selfs wanneer die stelsel stroompieke genereer. Die twee huidige toestande wat oorweeg word, is deurlopende modus en polspunt. In deurlopende geleidingsmodus is die MOSFET in 'n bestendige toestand, waar stroom voortdurend deur die toestel vloei. 'n Polspunt verwys na 'n groot oplewing (of piekstroom) wat deur die toestel vloei. Sodra die maksimum stroom onder hierdie toestande bepaal is, is dit bloot 'n kwessie van die keuse van 'n toestel wat hierdie maksimum stroom kan hanteer. Nadat die nominale stroom gekies is, moet die geleidingsverlies ook bereken word. In werklike situasies is MOSFET nie 'n ideale toestel nie, want daar is elektriese energieverlies tydens die geleidingsproses, wat geleidingsverlies genoem word. 'n MOSFET tree op soos 'n veranderlike weerstand wanneer "aan" is, wat bepaal word deur die RDS(ON) van die toestel en aansienlik verander met temperatuur. Die kragverlies van die toestel kan deur Iload2×RDS(ON) bereken word. Aangesien die aan-weerstand met temperatuur verander, sal die kragverlies ook proporsioneel verander. Hoe hoër die spanning VGS wat op die MOSFET toegepas word, hoe kleiner sal die RDS(ON) wees; omgekeerd, hoe hoër die RDS(ON) sal wees. Vir die stelselontwerper is dit waar die afwegings inkom, afhangende van die stelselspanning. Vir draagbare ontwerpe is dit makliker (en meer algemeen) om laer spannings te gebruik, terwyl vir industriële ontwerpe hoër spannings gebruik kan word. Let daarop dat die RDS(ON) weerstand effens sal styg met stroom. Variasies in verskeie elektriese parameters van die RDS(ON)-weerstand kan gevind word in die tegniese datablad wat deur die vervaardiger verskaf word. Tegnologie het 'n beduidende impak op toestelkenmerke, omdat sommige tegnologieë geneig is om RDS(ON) te verhoog wanneer die maksimum VDS verhoog word. Vir so 'n tegnologie, as jy van plan is om VDS en RDS(ON) te verminder, moet jy die skyfiegrootte vergroot, en sodoende die ooreenstemmende pakketgrootte en verwante ontwikkelingskoste verhoog. Daar is verskeie tegnologieë in die bedryf wat probeer om die toename in skyfiegrootte te beheer, waarvan die belangrikste kanaal- en ladingbalanseringstegnologieë is. In sloottegnologie word 'n diep sloot in die wafer ingebed, gewoonlik gereserveer vir lae spannings, om die aan-weerstand RDS(ON) te verminder. Ten einde die impak van maksimum VDS op RDS(ON) te verminder, is 'n epitaksiale groeikolom/etskolomproses tydens die ontwikkelingsproses gebruik. Fairchild Semiconductor het byvoorbeeld 'n tegnologie genaamd SuperFET ontwikkel wat bykomende vervaardigingstappe vir RDS(ON)-vermindering byvoeg. Hierdie fokus op RDS(ON) is belangrik, want namate die afbreekspanning van 'n standaard MOSFET toeneem, neem RDS(ON) eksponensieel toe en lei tot 'n toename in die grootte. Die SuperFET-proses verander die eksponensiële verhouding tussen RDS(ON) en wafergrootte in 'n lineêre verwantskap. Op hierdie manier kan SuperFET-toestelle ideale lae RDS(ON) in klein matrijsgroottes bereik, selfs met afbreekspannings tot 600V. Die gevolg is dat wafelgrootte met tot 35% verminder kan word. Vir eindgebruikers beteken dit 'n aansienlike vermindering in pakketgrootte.
Stap Drie: Bepaal termiese vereistes
Die volgende stap in die keuse van 'n MOSFET is om die termiese vereistes van die stelsel te bereken. Ontwerpers moet twee verskillende scenario's oorweeg, die ergste scenario en die werklike scenario. Dit word aanbeveel om die slegste-geval berekeningsresultaat te gebruik, want hierdie resultaat bied 'n groter veiligheidsmarge en verseker dat die stelsel nie sal misluk nie. Daar is ook 'n paar metingsdata wat aandag benodig op die MOSFET-datablad; soos die termiese weerstand tussen die halfgeleieraansluiting van die verpakte toestel en die omgewing, en die maksimum aansluitingstemperatuur. Die aansluitingstemperatuur van die toestel is gelyk aan die maksimum omgewingstemperatuur plus die produk van termiese weerstand en kragdissipasie (aansluitingstemperatuur = maksimum omgewingstemperatuur + [termiese weerstand × drywingsdissipasie]). Volgens hierdie vergelyking kan die maksimum drywingsdissipasie van die stelsel opgelos word, wat per definisie gelyk is aan I2×RDS(ON). Aangesien die ontwerper die maksimum stroom bepaal het wat deur die toestel gaan, kan RDS(ON) by verskillende temperature bereken word. Dit is die moeite werd om daarop te let dat wanneer hulle met eenvoudige termiese modelle te doen het, ontwerpers ook die termiese kapasiteit van die halfgeleieraansluiting/toestelkas en -kas/omgewing moet oorweeg; dit vereis dat die gedrukte stroombaanbord en verpakking nie dadelik verhit word nie. Sneeustorting beteken dat die omgekeerde spanning op die halfgeleiertoestel die maksimum waarde oorskry en 'n sterk elektriese veld vorm om die stroom in die toestel te verhoog. Hierdie stroom sal krag verdryf, die temperatuur van die toestel verhoog en moontlik die toestel beskadig. Halfgeleiermaatskappye sal stortvloedtoetse op toestelle doen, hul stortvloedspanning bereken of die robuustheid van die toestel toets. Daar is twee metodes vir die berekening van gegradeerde stortvloedspanning; een is statistiese metode en die ander is termiese berekening. Termiese berekening word wyd gebruik omdat dit meer prakties is. Baie maatskappye het besonderhede van hul toesteltoetsing verskaf. Byvoorbeeld, Fairchild Semiconductor verskaf "Power MOSFET Avalanche Guidelines" (Power MOSFET Avalanche Guidelines-kan afgelaai word vanaf die Fairchild webwerf). Benewens rekenaars het tegnologie ook 'n groot invloed op die stortvloed-effek. Byvoorbeeld, 'n toename in die grootte verhoog stortvloedweerstand en verhoog uiteindelik die robuustheid van die toestel. Vir eindgebruikers beteken dit om groter pakkette in die stelsel te gebruik.
Stap 4: Bepaal skakelwerkverrigting
Die laaste stap in die keuse van 'n MOSFET is om die skakelwerkverrigting van die MOSFET te bepaal. Daar is baie parameters wat skakelwerkverrigting beïnvloed, maar die belangrikste is hek/drein, hek/bron en drein/bronkapasitansie. Hierdie kapasitors skep skakelverliese in die toestel omdat hulle gelaai word elke keer as hulle oorskakel. Die skakelspoed van die MOSFET word dus verminder, en die toesteldoeltreffendheid word ook verminder. Om die totale verliese in 'n toestel tydens skakeling te bereken, moet die ontwerper die verliese tydens aanskakel (Eon) en die verliese tydens afskakeling (Eoff) bereken. Die totale drywing van die MOSFET-skakelaar kan deur die volgende vergelyking uitgedruk word: Psw=(Eon+Eoff)×skakelfrekwensie. Die heklading (Qgd) het die grootste impak op skakelwerkverrigting. Op grond van die belangrikheid van skakelwerkverrigting word nuwe tegnologie voortdurend ontwikkel om hierdie skakelprobleem op te los. Toenemende skyfiegrootte verhoog heklading; dit verhoog toestelgrootte. Ten einde skakelverliese te verminder, het nuwe tegnologieë soos kanaaldikbodemoksidasie na vore gekom, wat daarop gemik is om heklading te verminder. Byvoorbeeld, die nuwe tegnologie SuperFET kan geleidingsverliese minimaliseer en skakelwerkverrigting verbeter deur RDS(ON) en heklading (Qg) te verminder. Op hierdie manier kan MOSFET's hoëspoedspanningsoorgange (dv/dt) en stroomoorgange (di/dt) hanteer tydens skakeling, en kan selfs betroubaar werk by hoër skakelfrekwensies.
Postyd: 23 Oktober 2023
