Ուժային կիսահաղորդչային սարքերը լայնորեն կիրառվում են արդյունաբերության, սպառման, ռազմական և այլ ոլորտներում և ունեն բարձր ռազմավարական դիրք։ Եկեք նայենք էլեկտրական սարքերի ընդհանուր պատկերին նկարից.
Էլեկտրաէներգիայի կիսահաղորդչային սարքերը կարելի է բաժանել լրիվ տիպի, կիսակառավարվող տիպի և չկառավարվող տիպի՝ ըստ շղթայի ազդանշանների կառավարման աստիճանի։ Կամ, ըստ շարժիչ շղթայի ազդանշանային հատկությունների, այն կարելի է բաժանել լարման վրա հիմնված տիպի, հոսանքի վրա հիմնված տեսակի և այլն:
| Դասակարգում | տեսակը | Հատուկ ուժային կիսահաղորդչային սարքեր |
| Էլեկտրական ազդանշանների վերահսկելիություն | Կիսակառավարվող տեսակ | ՀԿԵ |
| Ամբողջական վերահսկողություն | GTO, GTR, MOSFET, IGBT | |
| Անկառավարելի | Power Diode | |
| Վարորդական ազդանշանի հատկությունները | Լարման շարժիչ տեսակը | IGBT, MOSFET, SITH |
| Ընթացիկ շարժիչ տեսակը | SCR, GTO, GTR | |
| Արդյունավետ ազդանշանի ալիքի ձև | Զարկերակային ձգանման տեսակը | ՀԿԵ, GTO |
| Էլեկտրոնային կառավարման տեսակը | GTR, MOSFET, IGBT | |
| Իրավիճակներ, որոնցում մասնակցում են հոսանք կրող էլեկտրոնները | երկբևեռ սարք | Power Diode, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| Միաբևեռ սարք | MOSFET, SIT | |
| Կոմպոզիտային սարք | MCT, IGBT, SITH և IGCT |
Տարբեր ուժային կիսահաղորդչային սարքեր ունեն տարբեր բնութագրեր, ինչպիսիք են լարումը, ընթացիկ հզորությունը, դիմադրության հնարավորությունը և չափը: Իրական օգտագործման դեպքում անհրաժեշտ է ընտրել համապատասխան սարքեր՝ ըստ տարբեր ոլորտների և կարիքների:
Կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը իր ծննդյան օրվանից անցել է նյութական փոփոխությունների երեք սերունդ: Մինչ այժմ Si-ով ներկայացված առաջին կիսահաղորդչային նյութը հիմնականում օգտագործվում է էլեկտրաէներգիայի կիսահաղորդչային սարքերի ոլորտում։
| Կիսահաղորդչային նյութ | Bandgap (eV) | Հալման կետ (K) | հիմնական դիմումը | |
| 1-ին սերնդի կիսահաղորդչային նյութեր | Ge | 1.1 | 1221 թ | Ցածր լարման, ցածր հաճախականության, միջին հզորության տրանզիստորներ, ֆոտոդետեկտորներ |
| 2-րդ սերնդի կիսահաղորդչային նյութեր | Si | 0.7 | 1687 թ | |
| 3-րդ սերնդի կիսահաղորդչային նյութեր | GaAs | 1.4 | 1511 թ | Միկրոալիքային վառարան, միլիմետրային ալիքային սարքեր, լուսարձակող սարքեր |
| SiC | 3.05 | 2826 թ | 1. Բարձր ջերմաստիճանի, բարձր հաճախականության, ճառագայթման դիմացկուն բարձր հզորության սարքեր 2. Կապույտ, դասակարգային, մանուշակագույն լուսարձակող դիոդներ, կիսահաղորդչային լազերներ | |
| GaN | 3.4 | 1973 թ | ||
| ԱԻՆ | 6.2 | 2470 թ | ||
| C | 5.5 | - 3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 թ | ||
Ամփոփեք կիսակառավարվող և լիովին կառավարվող ուժային սարքերի բնութագրերը.
| Սարքի տեսակը | ՀԿԵ | GTR | ՄՈՍՖԵՏ | IGBT |
| Կառավարման տեսակը | Զարկերակային ձգան | Ընթացիկ հսկողություն | լարման հսկողություն | կինոկենտրոն |
| ինքնաանջատման գիծ | Փոխհատուցման անջատում | ինքնաանջատման սարք | ինքնաանջատման սարք | ինքնաանջատման սարք |
| աշխատանքային հաճախականությունը | ＜1 կհց | ＜30 կհց | 20 կհց-ՄՀց | ＜40 կհց |
| Շարժիչ ուժ | փոքր | մեծ | փոքր | փոքր |
| միացման կորուստներ | մեծ | մեծ | մեծ | մեծ |
| հաղորդունակության կորուստ | փոքր | փոքր | մեծ | փոքր |
| Լարման և ընթացիկ մակարդակը | 最大 | մեծ | նվազագույնը | ավելին |
| Տիպիկ հավելվածներ | Միջին հաճախականության ինդուկցիոն ջեռուցում | UPS հաճախականության փոխարկիչ | անջատիչ էլեկտրամատակարարում | UPS հաճախականության փոխարկիչ |
| գինը | ամենացածր | ավելի ցածր | մեջտեղում | Ամենաթանկը |
| հաղորդունակության մոդուլյացիայի էֆեկտ | ունեն | ունեն | ոչ մեկը | ունեն |
Ծանոթացեք MOSFET-ներին
MOSFET-ն ունի բարձր մուտքային դիմադրություն, ցածր աղմուկ և լավ ջերմային կայունություն; այն ունի պարզ արտադրական գործընթաց և ուժեղ ճառագայթում, ուստի այն սովորաբար օգտագործվում է ուժեղացուցիչի սխեմաներում կամ անջատիչ սխեմաներում.
(1) Հիմնական ընտրության պարամետրերը՝ արտահոսքի աղբյուրի լարումը VDS (դիմակայել լարմանը), ID շարունակական արտահոսքի հոսանք, RDS (միացված) միացված դիմադրություն, Ciss մուտքային հզորություն (հանգույցի հզորություն), որակի գործակից FOM=Ron*Qg և այլն:
(2) Ըստ տարբեր գործընթացների՝ այն բաժանվում է TrenchMOS-ի՝ խրամատային MOSFET-ի, հիմնականում ցածր լարման դաշտում 100 Վ-ի սահմաններում; SGT (Split Gate) MOSFET. բաժանված դարպասի MOSFET, հիմնականում միջին և ցածր լարման դաշտերում 200 Վ-ի սահմաններում; SJ MOSFET՝ գերխոնջային MOSFET, հիմնականում Բարձր լարման դաշտում 600-800V;
Անջատիչ էլեկտրամատակարարման դեպքում, ինչպիսին է բաց արտահոսքի միացում, արտահոսքը միացված է անձեռնմխելի բեռին, որը կոչվում է բաց արտահոսք: Բաց արտահոսքի միացումում, անկախ նրանից, թե որքան բարձր լարման է բեռը միացված, բեռի հոսանքը կարող է միացնել և անջատվել: Այն իդեալական անալոգային անջատիչ սարք է։ Սա MOSFET-ի սկզբունքն է՝ որպես անջատիչ սարք:
Շուկայական մասնաբաժնի առումով MOSFET-ները գրեթե բոլորը կենտրոնացած են խոշոր միջազգային արտադրողների ձեռքում: Դրանցից Infineon-ը ձեռք է բերել IR (American International Rectifier Company) 2015 թվականին և դարձել ոլորտի առաջատարը։ ON Semiconductor-ը նաև ավարտեց Fairchild Semiconductor-ի ձեռքբերումը 2016 թվականի սեպտեմբերին: , շուկայի մասնաբաժինը ցատկեց երկրորդ տեղ, այնուհետև վաճառքի վարկանիշներն էին Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna և այլն;
Mainstream MOSFET ապրանքանիշերը բաժանված են մի քանի շարքերի՝ ամերիկյան, ճապոնական և կորեական:
Ամերիկյան սերիաներ՝ Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS և այլն;
Ճապոներեն՝ Toshiba, Renesas, ROHM և այլն;
Կորեական սերիաներ՝ Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
MOSFET փաթեթի կատեգորիաներ
Ըստ PCB-ի սալիկի վրա տեղադրման ձևի՝ կան MOSFET փաթեթների երկու հիմնական տեսակ՝ plug-in (Through Hole) և մակերեսային ամրացում (Surface Mount): |
Խցանման տեսակը նշանակում է, որ MOSFET-ի քորոցները անցնում են PCB տախտակի մոնտաժային անցքերով և եռակցվում են PCB տախտակին: Ընդհանուր plug-in փաթեթները ներառում են՝ երկակի ներգծային փաթեթ (DIP), տրանզիստորի ուրվագծային փաթեթ (TO) և փին ցանցային զանգվածի փաթեթ (PGA):
Plug-in փաթեթավորում
Մակերեւութային մոնտաժումն այն վայրն է, որտեղ MOSFET-ի ցողունները և ջերմության արտանետման եզրը եռակցվում են PCB տախտակի մակերեսի բարձիկներին: Մակերեւութային ամրացման տիպիկ փաթեթները ներառում են՝ տրանզիստորի ուրվագիծ (D-PAK), փոքր ուրվագիծ տրանզիստոր (SOT), փոքր ուրվագծային փաթեթ (SOP), քառակուսի հարթ փաթեթ (QFP), պլաստիկ կապարով չիպերի կրիչ (PLCC) և այլն:
մակերեսային տեղադրման փաթեթ
Տեխնոլոգիաների զարգացման հետ մեկտեղ, PCB տախտակները, ինչպիսիք են մայրական տախտակները և գրաֆիկական քարտերը, ներկայումս օգտագործում են ավելի ու ավելի քիչ ուղղակի վարդակից փաթեթավորում, և օգտագործվում է ավելի շատ մակերեսային փաթեթավորում:
1. Երկակի ներգծային փաթեթ (DIP)
DIP փաթեթն ունի երկու շարք կապում և պետք է տեղադրվի DIP կառուցվածքով չիպային վարդակից: Դրա ածանցման մեթոդը SDIP (Shrink DIP) է, որը կրճատվող կրկնակի գծային փաթեթ է: Փինի խտությունը 6 անգամ ավելի բարձր է, քան DIP-ը:
DIP փաթեթավորման կառուցվածքի ձևերը ներառում են՝ բազմաշերտ կերամիկական երկտեղանոց DIP, միաշերտ կերամիկական երկտեղանոց DIP, կապարի շրջանակի DIP (ներառյալ ապակե-կերամիկական կնքման տեսակը, պլաստիկ պարկուճային կառուցվածքի տեսակը, կերամիկական ցածր հալեցման ապակիների պարկուճը: տեսակը) և այլն: DIP փաթեթավորման առանձնահատկությունն այն է, որ այն կարող է հեշտությամբ իրականացնել PCB տախտակների անցքերով զոդում և լավ համատեղելիություն ունի մայրական սալիկի հետ:
Այնուամենայնիվ, քանի որ դրա փաթեթավորման տարածքը և հաստությունը համեմատաբար մեծ են, և կապումները հեշտությամբ վնասվում են խցանման և անջատման գործընթացում, հուսալիությունը ցածր է: Միևնույն ժամանակ, գործընթացի ազդեցության պատճառով քորոցների թիվը, ընդհանուր առմամբ, չի գերազանցում 100-ը: Հետևաբար, էլեկտրոնային արդյունաբերության բարձր ինտեգրման գործընթացում DIP փաթեթավորումն աստիճանաբար դուրս է եկել պատմության փուլից:
2. Տրանզիստորի ուրվագծային փաթեթ (TO)
Վաղ փաթեթավորման բնութագրերը, ինչպիսիք են TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 և այլն, բոլորն էլ միացված փաթեթավորման նմուշներ են:
TO-3P/247. Այն սովորաբար օգտագործվող փաթեթավորման ձև է միջին բարձր լարման և բարձր հոսանքի MOSFET-ների համար: Արտադրանքն ունի բարձր դիմացկուն լարման և խզման ուժեղ դիմադրության բնութագրեր: |
TO-220/220F. TO-220F-ը լիովին պլաստիկ փաթեթ է, և ռադիատորի վրա տեղադրելիս կարիք չկա մեկուսիչ շերտ ավելացնելու; TO-220-ն ունի մետաղական թիթեղ, որը միացված է միջին քորոցին, և ռադիատորի տեղադրման ժամանակ անհրաժեշտ է մեկուսիչ բարձիկ: Այս երկու փաթեթային ոճերի MOSFET-ներն ունեն նման տեսք և կարող են օգտագործվել որպես փոխարինող: |
TO-251. Այս փաթեթավորված արտադրանքը հիմնականում օգտագործվում է ծախսերը նվազեցնելու և արտադրանքի չափը նվազեցնելու համար: Այն հիմնականում օգտագործվում է միջին լարման և 60A-ից ցածր բարձր հոսանքի և 7N-ից ցածր բարձր լարման միջավայրերում: |
TO-92. Այս փաթեթը օգտագործվում է միայն ցածր լարման MOSFET-ի համար (հոսանք 10 Ա-ից ցածր, դիմակայել 60 Վ-ից ցածր լարմանը) և բարձր լարման 1N60/65-ի համար՝ ծախսերը նվազեցնելու նպատակով:
Վերջին տարիներին, վարդակից փաթեթավորման գործընթացի եռակցման բարձր արժեքի և կարկատանի տիպի արտադրանքի նկատմամբ ջերմության ցրման ցածր կատարողականության պատճառով, մակերեսային մոնտաժային շուկայում պահանջարկը շարունակել է աճել, ինչը նաև հանգեցրել է TO փաթեթավորման զարգացմանը: մակերեսային մոնտաժային փաթեթավորման մեջ:
TO-252 (նաև կոչվում է D-PAK) և TO-263 (D2PAK) երկուսն էլ մակերեսային տեղադրման փաթեթներ են:
Փաթեթավորել արտադրանքի տեսքը
TO252/D-PAK-ը պլաստիկ չիպերի փաթեթ է, որը սովորաբար օգտագործվում է հոսանքի տրանզիստորների և լարման կայունացնող չիպերի փաթեթավորման համար: Այն ընթացիկ հիմնական փաթեթներից մեկն է: Փաթեթավորման այս մեթոդով MOSFET-ն ունի երեք էլեկտրոդ՝ դարպաս (G), արտահոսք (D) և աղբյուր (S): Արտահոսքի (D) քորոցը կտրված է և չի օգտագործվում: Փոխարենը, հետևի մասում գտնվող ջերմատախտակն օգտագործվում է որպես արտահոսք (D), որն ուղղակիորեն եռակցվում է PCB-ին: Մի կողմից այն օգտագործվում է մեծ հոսանքների ելքի համար, իսկ մյուս կողմից ջերմությունը ցրում է PCB-ի միջոցով: Հետևաբար, PCB-ի վրա կան երեք D-PAK բարձիկներ, իսկ արտահոսքի (D) բարձիկը ավելի մեծ է: Դրա փաթեթավորման բնութագրերը հետևյալն են.
TO-252/D-PAK փաթեթի չափի բնութագրերը
TO-263-ը TO-220-ի տարբերակն է: Այն հիմնականում նախատեսված է արտադրության արդյունավետությունը և ջերմության տարածումը բարելավելու համար: Այն աջակցում է չափազանց բարձր հոսանքի և լարման: Այն ավելի տարածված է միջին լարման բարձր հոսանքի MOSFET-ներում 150A-ից ցածր և 30V-ից բարձր: Բացի D2PAK-ից (TO-263AB), այն ներառում է նաև TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 և այլ ոճեր, որոնք ստորադասվում են TO-263-ին, հիմնականում կապի տարբեր քանակի և հեռավորության պատճառով: .
TO-263/D2PAK փաթեթի չափի ճշգրտումs
3. Փին ցանցային զանգվածի փաթեթ (PGA)
PGA (Pin Grid Array Package) չիպի ներսում և դրսում կան մի քանի քառակուսի զանգվածի կապանքներ: Յուրաքանչյուր քառակուսի զանգվածի փին դասավորված է չիպի շուրջ որոշակի հեռավորության վրա: Կախված քորոցների քանակից, այն կարող է ձևավորվել 2-ից 5 շրջանակի: Տեղադրման ընթացքում պարզապես տեղադրեք չիպը հատուկ PGA վարդակից: Այն ունի հեշտ միացման և անջատման և բարձր հուսալիության առավելությունները և կարող է հարմարվել ավելի բարձր հաճախականություններին:
PGA փաթեթի ոճը
Չիպային հիմքերի մեծ մասը պատրաստված է կերամիկական նյութից, իսկ ոմանք օգտագործում են հատուկ պլաստիկ խեժ որպես հիմք: Տեխնոլոգիայի առումով քորոցների կենտրոնի հեռավորությունը սովորաբար կազմում է 2,54 մմ, իսկ քորոցների քանակը տատանվում է 64-ից 447: Այս տեսակի փաթեթավորման առանձնահատկությունն այն է, որ որքան փոքր է փաթեթավորման տարածքը (ծավալը), այնքան ցածր է էներգիայի սպառումը (կատարումը): ) կարող է դիմակայել, և հակառակը։ Չիպերի այս փաթեթավորման ոճը ավելի տարածված էր վաղ օրերում և հիմնականում օգտագործվում էր մեծ էներգիայի սպառման արտադրանք փաթեթավորելու համար, ինչպիսիք են պրոցեսորները: Օրինակ, Intel-ի 80486-ը և Pentium-ը բոլորն օգտագործում են փաթեթավորման այս ոճը. այն լայնորեն ընդունված չէ MOSFET արտադրողների կողմից:
4. Փոքր ուրվագծային տրանզիստորային փաթեթ (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) փոքր էներգիայի տրանզիստորների փաթեթ է, որը հիմնականում ներառում է SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (այսինքն SOT23-5) և այլն: SOT323, SOT363/SOT26 (այսինքն SOT23-6) և այլ տեսակներ են: ստացված, որոնք չափերով ավելի փոքր են, քան TO փաթեթները:
SOT փաթեթի տեսակը
SOT23-ը սովորաբար օգտագործվող տրանզիստորային փաթեթ է՝ երեք թևաձև կապումներով, մասնավորապես՝ կոլեկցիոներ, էմիտեր և հիմք, որոնք նշված են բաղադրիչի երկար կողմի երկու կողմերում: Դրանցից արտանետիչը և բազան նույն կողմում են: Դրանք տարածված են ցածր էներգիայի տրանզիստորներում, դաշտային ազդեցության տրանզիստորներում և ռեզիստորային ցանցերով կոմպոզիտային տրանզիստորներում: Նրանք ունեն լավ ուժ, բայց վատ զոդման ունակություն: Արտաքին տեսքը ներկայացված է ստորև նկարում (ա):
SOT89-ն ունի տրանզիստորի մի կողմում բաժանված երեք կարճ կապում: Մյուս կողմը մետաղյա ջերմատախտակն է, որը միացված է բազային՝ ջերմության ցրման հնարավորությունը մեծացնելու համար: Այն տարածված է սիլիկոնային էներգիայի մակերևույթի վրա տեղադրվող տրանզիստորներում և հարմար է ավելի բարձր հզորության կիրառման համար: Արտաքին տեսքը ներկայացված է ստորև նկարում (բ): |
SOT143-ն ունի չորս կարճ թևի ձևով պտուտակներ, որոնք դուրս են բերվում երկու կողմերից: Քորոցի ավելի լայն ծայրը կոլեկտորն է: Այս տեսակի փաթեթը տարածված է բարձր հաճախականության տրանզիստորներում, և դրա տեսքը ներկայացված է ստորև նկարում (գ): |
SOT252-ը բարձր հզորության տրանզիստոր է, որի մի կողմից տանող երեք կապում է, իսկ միջին փինն ավելի կարճ է և կոլեկտորն է: Միացրեք մյուս ծայրում գտնվող ավելի մեծ քորոցին, որը ջերմության ցրման համար պղնձե թիթեղ է, և դրա տեսքը տրված է ստորև նկարում (դ):
SOT փաթեթի ընդհանուր տեսքի համեմատություն
Չորս տերմինալ SOT-89 MOSFET-ը սովորաբար օգտագործվում է մայր տախտակների վրա: Դրա բնութագրերը և չափերը հետևյալն են.
SOT-89 MOSFET չափի բնութագրեր (միավոր՝ մմ)
5. Փոքր ուրվագծային փաթեթ (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) մակերևութային մոնտաժային փաթեթներից մեկն է, որը նաև կոչվում է SOL կամ DFP: Քորոցները փաթեթի երկու կողմերից դուրս են քաշվում ճայի թևի տեսքով (L ձև): Նյութերը՝ պլաստիկ և կերամիկա։ SOP փաթեթավորման ստանդարտները ներառում են SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 և այլն: SOP-ից հետո համարը ցույց է տալիս քորոցների քանակը: MOSFET SOP փաթեթների մեծ մասը ընդունում է SOP-8 բնութագրերը: Արդյունաբերությունը հաճախ բաց է թողնում «P»-ը և այն կրճատում է որպես SO (Small Out-Line):
SOP-8 փաթեթի չափը
SO-8-ն առաջին անգամ մշակվել է PHILIP ընկերության կողմից: Այն փաթեթավորված է պլաստմասսայից, չունի ջերմության ցրման ներքևի ափսե և ունի ջերմության վատ ցրում: Այն սովորաբար օգտագործվում է ցածր էներգիայի MOSFET-ների համար: Հետագայում աստիճանաբար ստացվեցին ստանդարտ բնութագրեր, ինչպիսիք են TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) և այլն; դրանցից TSOP-ը և TSSOP-ը սովորաբար օգտագործվում են MOSFET փաթեթավորման մեջ:
SOP ստացված բնութագրերը, որոնք սովորաբար օգտագործվում են MOSFET-ների համար
6. Չորս հարթ փաթեթ (QFP)
QFP (Plastic Quad Flat Package) փաթեթի չիպերի միջև հեռավորությունը շատ փոքր է, իսկ կապումները շատ բարակ են: Այն սովորաբար օգտագործվում է լայնածավալ կամ չափազանց մեծ ինտեգրալային սխեմաներում, և քորոցների թիվը սովորաբար 100-ից ավելի է: Այս ձևով փաթեթավորված չիպերը պետք է օգտագործեն SMT մակերևույթի մոնտաժման տեխնոլոգիան՝ չիպը մայր տախտակին զոդելու համար: Փաթեթավորման այս մեթոդն ունի չորս հիմնական բնութագրեր. ② Հարմար է բարձր հաճախականությամբ օգտագործման համար. ③ Հեշտ է գործել և ունի բարձր հուսալիություն; ④ Չիպի տարածքի և փաթեթավորման տարածքի հարաբերակցությունը փոքր է: Ինչպես PGA փաթեթավորման մեթոդը, այս փաթեթավորման մեթոդը չիպը փաթաթում է պլաստիկ փաթեթի մեջ և չի կարող ցրել ջերմությունը, որը առաջանում է, երբ չիպը ժամանակին է աշխատում: Այն սահմանափակում է MOSFET-ի կատարողականի բարելավումը. իսկ պլաստիկ փաթեթավորումն ինքնին մեծացնում է սարքի չափը, որը չի համապատասխանում կիսահաղորդիչների մշակման պահանջներին՝ թեթև, բարակ, կարճ և փոքր լինելու ուղղությամբ։ Բացի այդ, այս տեսակի փաթեթավորման մեթոդը հիմնված է մեկ չիպի վրա, որն ունի արտադրության ցածր արդյունավետության և փաթեթավորման բարձր արժեքի խնդիրներ: Հետևաբար, QFP-ն ավելի հարմար է թվային տրամաբանական LSI սխեմաներում օգտագործելու համար, ինչպիսիք են միկրոպրոցեսորները/դարպասային զանգվածները, և հարմար է նաև անալոգային LSI շղթայի արտադրանքները փաթեթավորելու համար, ինչպիսիք են VTR ազդանշանի մշակումը և աուդիո ազդանշանի մշակումը:
7, Չորս հարթ փաթեթ առանց կապարի (QFN)
QFN (Quad Flat Non-leaded փաթեթ) փաթեթը հագեցած է էլեկտրոդների կոնտակտներով բոլոր չորս կողմերից: Քանի որ կապարներ չկան, մոնտաժման տարածքը QFP-ից փոքր է, իսկ բարձրությունը՝ QFP-ից ցածր: Դրանցից կերամիկական QFN-ը կոչվում է նաև LCC (Անհանգույց չիպային կրիչներ), իսկ ցածրարժեք պլաստիկ QFN-ն, որն օգտագործում է ապակե էպոքսիդային ռեզինով տպված ենթաշերտի հիմքի նյութը, կոչվում է պլաստիկ LCC, PCLC, P-LCC և այլն: տեխնոլոգիա՝ փոքր բարձիկների չափսերով, փոքր ծավալով և պլաստիկը որպես կնքման նյութ: QFN-ը հիմնականում օգտագործվում է ինտեգրալ սխեմաների փաթեթավորման համար, և MOSFET-ը չի օգտագործվի: Այնուամենայնիվ, քանի որ Intel-ն առաջարկեց ինտեգրված դրայվեր և MOSFET լուծում, այն գործարկեց DrMOS-ը QFN-56 փաթեթում («56»-ը վերաբերում է չիպի հետևի մասում գտնվող 56 կապի կապին):
Հարկ է նշել, որ QFN փաթեթն ունի նույն արտաքին կապարի կոնֆիգուրացիան, ինչ գերբարակ փոքր ուրվագծային փաթեթը (TSSOP), սակայն դրա չափը 62%-ով փոքր է TSSOP-ից: Ըստ QFN մոդելավորման տվյալների՝ դրա ջերմային կատարումը 55%-ով ավելի բարձր է, քան TSSOP փաթեթավորումը, իսկ էլեկտրական կատարումը (ինդուկտիվություն և հզորություն) համապատասխանաբար 60% և 30%-ով բարձր է, քան TSSOP փաթեթավորումը: Ամենամեծ թերությունն այն է, որ դժվար է վերանորոգել։
DrMOS QFN-56 փաթեթում
Ավանդական դիսկրետ DC/DC աստիճանական անջատիչ սնուցման աղբյուրները չեն կարող բավարարել ավելի բարձր էներգիայի խտության պահանջները, ինչպես նաև չեն կարող լուծել բարձր անջատման հաճախականություններում մակաբուծական պարամետրային էֆեկտների խնդիրը: Տեխնոլոգիաների նորարարության և առաջընթացի շնորհիվ իրականություն է դարձել ինտեգրել դրայվերները և MOSFET-ները՝ բազմակի չիպային մոդուլներ ստեղծելու համար: Ինտեգրման այս մեթոդը կարող է զգալի տարածք խնայել և ավելացնել էներգիայի սպառման խտությունը: Վարորդների և MOSFET-ների օպտիմալացման միջոցով դա իրականություն է դարձել։ Էլեկտրաէներգիայի արդյունավետություն և բարձրորակ DC հոսանք, սա DrMOS-ի ինտեգրված դրայվեր IC-ն է:
Renesas 2-րդ սերնդի DrMOS
QFN-56 առանց կապարի փաթեթը DrMOS-ի ջերմային դիմադրությունը դարձնում է շատ ցածր; ներքին մետաղալարերի միացման և պղնձե սեղմակի ձևավորման շնորհիվ արտաքին PCB լարերը կարելի է նվազագույնի հասցնել՝ դրանով իսկ նվազեցնելով ինդուկտիվությունը և դիմադրությունը: Բացի այդ, օգտագործվող խորը ալիքով սիլիկոնային MOSFET գործընթացը կարող է նաև զգալիորեն նվազեցնել հաղորդման, անջատման և դարպասի լիցքավորման կորուստները. այն համատեղելի է մի շարք կարգավորիչների հետ, կարող է հասնել տարբեր աշխատանքային ռեժիմների և աջակցում է ակտիվ փուլային փոխակերպման ռեժիմին APS (Auto Phase Switching): Բացի QFN փաթեթավորումից, երկկողմանի հարթ առանց կապարի փաթեթավորումը (DFN) նաև էլեկտրոնային փաթեթավորման նոր գործընթաց է, որը լայնորեն օգտագործվել է ON Semiconductor-ի տարբեր բաղադրիչներում: Համեմատած QFN-ի հետ՝ DFN-ն երկու կողմերում էլ ավելի քիչ էլեկտրոդներ ունի:
8, Պլաստիկ կապարով չիպերի կրիչ (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) ունի քառակուսի ձև և շատ ավելի փոքր է, քան DIP փաթեթը: Այն ունի 32 կապում, շուրջբոլորը կապում է: Քորոցները փաթեթի չորս կողմերից դուրս են բերվում T-աձևով: Պլաստիկ արտադրանք է։ Պինների կենտրոնի հեռավորությունը 1,27 մմ է, իսկ քորոցների թիվը տատանվում է 18-ից 84-ի միջև: J-աձև քորոցները հեշտությամբ չեն դեֆորմացվում և ավելի հեշտ են գործել, քան QFP-ն, սակայն եռակցումից հետո արտաքին տեսքի ստուգումն ավելի դժվար է: PLCC փաթեթավորումը հարմար է PCB-ի վրա էլեկտրագծերի տեղադրման համար՝ օգտագործելով SMT մակերեսային մոնտաժման տեխնոլոգիա: Այն ունի փոքր չափի և բարձր հուսալիության առավելությունները: PLCC փաթեթավորումը համեմատաբար տարածված է և օգտագործվում է տրամաբանական LSI, DLD (կամ ծրագրային տրամաբանական սարք) և այլ սխեմաներում: Այս փաթեթավորման ձևը հաճախ օգտագործվում է մայր տախտակի BIOS-ում, սակայն ներկայումս այն ավելի քիչ տարածված է MOSFET-ներում:
Էկապսուլյացիա և բարելավում հիմնական ձեռնարկությունների համար
Պրոցեսորներում ցածր լարման և բարձր հոսանքի զարգացման միտումի պատճառով MOSFET-ներից պահանջվում է ունենալ մեծ ելքային հոսանք, ցածր միացման դիմադրություն, ցածր ջերմության արտադրություն, ջերմության արագ տարածում և փոքր չափսեր: Ի լրումն չիպերի արտադրության տեխնոլոգիաների և գործընթացների բարելավման, MOSFET արտադրողները նաև շարունակում են կատարելագործել փաթեթավորման տեխնոլոգիան: Ստանդարտ արտաքին բնութագրերի հետ համատեղելիության հիման վրա նրանք առաջարկում են փաթեթավորման նոր ձևեր և գրանցում ապրանքանիշերի անվանումներ իրենց մշակած նոր փաթեթների համար:
1, RENESAS WPAK, LFPAK և LFPAK-I փաթեթներ
WPAK-ը բարձր ջերմային ճառագայթման փաթեթ է, որը մշակվել է Renesas-ի կողմից: D-PAK փաթեթը նմանակելով՝ չիպային ջերմատախտակը եռակցվում է մայր տախտակին, և ջերմությունը ցրվում է մայր տախտակի միջով, այնպես որ փոքր փաթեթը WPAK-ը կարող է հասնել նաև D-PAK-ի ելքային հոսանքին։ WPAK-D2-ը փաթեթավորում է երկու բարձր/ցածր MOSFET՝ լարերի ինդուկտիվությունը նվազեցնելու համար:
Renesas WPAK փաթեթի չափը
LFPAK-ը և LFPAK-I-ը Renesas-ի կողմից մշակված երկու այլ փոքր ձևաչափ փաթեթներ են, որոնք համատեղելի են SO-8-ի հետ: LFPAK-ը նման է D-PAK-ին, բայց ավելի փոքր է, քան D-PAK-ը: LFPAK-i-ն տեղադրում է ջերմատախտակը վերև, որպեսզի ջերմությունը ցրվի ջերմատախտակի միջով:
Renesas LFPAK և LFPAK-I փաթեթներ
2. Vishay Power-PAK և Polar-PAK փաթեթավորում
Power-PAK-ը MOSFET փաթեթի անվանումն է, որը գրանցված է Vishay Corporation-ի կողմից: Power-PAK-ը ներառում է երկու բնութագրեր՝ Power-PAK1212-8 և Power-PAK SO-8:
Vishay Power-PAK1212-8 փաթեթ
Vishay Power-PAK SO-8 փաթեթ
Polar PAK-ը փոքր փաթեթ է երկկողմանի ջերմության արտանետմամբ և հանդիսանում է Vishay-ի հիմնական փաթեթավորման տեխնոլոգիաներից մեկը: Polar PAK-ը նույնն է, ինչ սովորական so-8 փաթեթը: Այն ունի ցրման կետեր փաթեթի ինչպես վերին, այնպես էլ ստորին կողմերում: Փաթեթի ներսում ջերմություն կուտակելը հեշտ չէ և կարող է գործառնական հոսանքի ընթացիկ խտությունը երկու անգամ մեծացնել SO-8-ից: Ներկայումս Vishay-ը լիցենզավորել է Polar PAK տեխնոլոգիան STMicroelectronics-ին:
Vishay Polar PAK փաթեթ
3. Onsemi SO-8 և WDFN8 հարթ կապարի փաթեթներ
ON Semiconductor-ը մշակել է երկու տեսակի հարթ կապարով MOSFET-ներ, որոնցից SO-8-ով համատեղելի հարթ կապարով սարքերը օգտագործվում են բազմաթիվ տախտակների կողմից: ON Semiconductor-ի նոր գործարկված NVMx և NVTx հզորության MOSFET-ներն օգտագործում են կոմպակտ DFN5 (SO-8FL) և WDFN8 փաթեթներ՝ հաղորդման կորուստները նվազագույնի հասցնելու համար: Այն նաև ունի ցածր QG և հզորություն՝ վարորդի կորուստները նվազագույնի հասցնելու համար:
ON կիսահաղորդչային SO-8 հարթ կապարի փաթեթ
ON Semiconductor WDFN8 փաթեթը
4. NXP LFPAK և QLPAK փաթեթավորում
NXP-ը (նախկինում՝ Philps) բարելավել է SO-8 փաթեթավորման տեխնոլոգիան LFPAK և QLPAK: Դրանց թվում LFPAK-ը համարվում է աշխարհի ամենահուսալի հզորության SO-8 փաթեթը. մինչդեռ QLPAK-ն ունի փոքր չափի և ջերմության տարածման ավելի բարձր արդյունավետության բնութագրերը: Սովորական SO-8-ի համեմատ QLPAK-ը զբաղեցնում է 6*5մմ PCB տախտակի տարածք և ունի 1,5կ/Վտ ջերմային դիմադրություն:
NXP LFPAK փաթեթ
NXP QLPAK փաթեթավորում
4. ST Semiconductor PowerSO-8 փաթեթ
STMicroelectronics-ի հզոր MOSFET չիպերի փաթեթավորման տեխնոլոգիաները ներառում են SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK և այլն: Դրանց թվում Power SO-8-ը SO-8-ի կատարելագործված տարբերակն է: Բացի այդ, կան PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 և այլ փաթեթներ:
STMicroelectronics Power SO-8 փաթեթ
5. Fairchild Semiconductor Power 56 փաթեթ
Power 56-ը Ֆարիչիլդի բացառիկ անունն է, իսկ պաշտոնական անունը՝ DFN5×6։ Դրա փաթեթավորման տարածքը համեմատելի է սովորաբար օգտագործվող TSOP-8-ի հետ, և բարակ փաթեթը խնայում է բաղադրիչի մաքրման բարձրությունը, իսկ ներքևի մասում գտնվող Thermal-Pad դիզայնը նվազեցնում է ջերմային դիմադրությունը: Հետևաբար, էներգիայի սարքերի շատ արտադրողներ տեղադրել են DFN5×6:
Fairchild Power 56 փաթեթ
6. Միջազգային ուղղիչ (IR) Direct FET փաթեթ
Direct FET-ն ապահովում է արդյունավետ վերին սառեցում SO-8 կամ ավելի փոքր ոտքով և հարմար է համակարգիչների, նոութբուքերի, հեռահաղորդակցության և սպառողական էլեկտրոնիկայի սարքավորումների AC-DC և DC-DC էներգիայի փոխակերպման ծրագրերի համար: DirectFET-ի մետաղական տարաների կոնստրուկցիան ապահովում է ջերմության երկկողմանի ցրում՝ արդյունավետորեն կրկնապատկելով բարձր հաճախականությամբ DC-DC բաք փոխարկիչների ընթացիկ բեռնաթափման հնարավորությունները՝ համեմատած ստանդարտ պլաստիկ դիսկրետ փաթեթների հետ: Direct FET փաթեթը հակադարձ մոնտաժվող տեսակ է՝ արտահոսքի (D) ջերմատախտակով դեպի վեր և ծածկված մետաղյա պատյանով, որի միջոցով ջերմությունը ցրվում է: Ուղղակի FET փաթեթավորումը մեծապես բարելավում է ջերմության տարածումը և ավելի քիչ տեղ է զբաղեցնում ջերմության լավ ցրման դեպքում:
Ամփոփել
Ապագայում, երբ էլեկտրոնային արտադրական արդյունաբերությունը կշարունակի զարգանալ ծայրահեղ բարակ, մանրացման, ցածր լարման և բարձր հոսանքի ուղղությամբ, MOSFET-ի տեսքը և փաթեթավորման ներքին կառուցվածքը նույնպես կփոխվեն՝ ավելի լավ հարմարվելու արտադրության զարգացման կարիքներին: արդյունաբերություն։ Բացի այդ, էլեկտրոնային արտադրողների ընտրության շեմն իջեցնելու համար, MOSFET-ի զարգացման միտումը մոդուլյարացման և համակարգի մակարդակով փաթեթավորման ուղղությամբ գնալով ավելի ակնհայտ կդառնա, և արտադրանքը կզարգանա համակարգված կերպով՝ բազմաթիվ չափումներից, ինչպիսիք են կատարողականը և արժեքը: . Փաթեթը MOSFET-ի ընտրության կարևոր հղման գործոններից մեկն է: Տարբեր էլեկտրոնային արտադրանքները ունեն տարբեր էլեկտրական պահանջներ, և տեղադրման տարբեր միջավայրերը նույնպես պահանջում են համապատասխան չափի բնութագրեր՝ համապատասխանելու համար: Փաստացի ընտրության ժամանակ որոշումը պետք է կայացվի ըստ փաստացի կարիքների՝ ընդհանուր սկզբունքով: Որոշ էլեկտրոնային համակարգեր սահմանափակված են PCB-ի չափով և ներքին բարձրությամբ: Օրինակ, կապի համակարգերի մոդուլային սնուցման սարքերը սովորաբար օգտագործում են DFN5*6 և DFN3*3 փաթեթներ՝ բարձրության սահմանափակումների պատճառով; ACDC-ի որոշ սնուցման սարքերում չափազանց բարակ ձևավորումները կամ պատյանների սահմանափակումների պատճառով հարմար են TO220 փաթեթավորված հոսանքի MOSFET-ների հավաքման համար: Այս պահին քորոցները կարող են ուղղակիորեն տեղադրվել արմատի մեջ, ինչը հարմար չէ TO247 փաթեթավորված արտադրանքի համար. որոշ ծայրահեղ բարակ նմուշներ պահանջում են սարքի քորոցները թեքել և հարթ դնել, ինչը կբարձրացնի MOSFET-ի ընտրության բարդությունը:
Ինչպես ընտրել MOSFET-ը
Մի ինժեներ ինձ մի անգամ ասաց, որ ինքը երբեք չի նայել MOSFET-ի տվյալների թերթիկի առաջին էջը, քանի որ «գործնական» տեղեկատվությունը հայտնվում է միայն երկրորդ էջում և դրանից դուրս: MOSFET-ի տվյալների թերթիկի գրեթե յուրաքանչյուր էջ պարունակում է արժեքավոր տեղեկություններ դիզայներների համար: Բայց միշտ չէ, որ պարզ է, թե ինչպես մեկնաբանել արտադրողների տրամադրած տվյալները:
Այս հոդվածը ուրվագծում է MOSFET-ների որոշ հիմնական բնութագրերը, ինչպես են դրանք նշված տվյալների թերթիկում և հստակ պատկերը, որը դուք պետք է հասկանաք դրանք: Ինչպես էլեկտրոնային սարքերի մեծ մասը, MOSFET-ների վրա ազդում է աշխատանքային ջերմաստիճանը: Այսպիսով, կարևոր է հասկանալ թեստավորման պայմանները, որոնց դեպքում կիրառվում են նշված ցուցանիշները: Չափազանց կարևոր է նաև հասկանալ՝ արդյոք «Ապրանքի ներածությունում» տեսած ցուցիչները «առավելագույն» կամ «տիպիկ» արժեքներ են, քանի որ որոշ տվյալների թերթիկներ դա պարզ չեն դարձնում:
Լարման աստիճան
Հիմնական բնութագիրը, որը որոշում է MOSFET-ը, նրա արտահոսքի աղբյուրի լարումը VDS-ն է կամ «ջրահեռացման աղբյուրի խզման լարումը», որն ամենաբարձր լարումն է, որին MOSFET-ը կարող է դիմակայել առանց վնասների, երբ դարպասը կարճ միացված է աղբյուրին և արտահոսքի հոսանքին: 250 մԱ է: . VDS-ը նաև կոչվում է «բացարձակ առավելագույն լարում 25°C-ում», սակայն կարևոր է հիշել, որ այս բացարձակ լարումը կախված է ջերմաստիճանից, և սովորաբար տվյալների թերթիկում կա «VDS ջերմաստիճանի գործակից»: Դուք նաև պետք է հասկանաք, որ առավելագույն VDS-ը հաստատուն լարումն է, գումարած լարման ցանկացած ցատկեր և ալիքներ, որոնք կարող են առկա լինել շղթայում: Օրինակ, եթե դուք օգտագործում եք 30 Վ լարման սարք 100 մՎ, 5 նս արագությամբ սնուցման վրա, լարումը կգերազանցի սարքի բացարձակ առավելագույն սահմանը, և սարքը կարող է անցնել ավալանշ ռեժիմ: Այս դեպքում MOSFET-ի հուսալիությունը չի կարող երաշխավորվել: Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ջերմաստիճանի գործակիցը կարող է զգալիորեն փոխել խզման լարումը: Օրինակ, որոշ N-ալիքային MOSFET-ներ 600 Վ լարման գնահատականով ունեն դրական ջերմաստիճանի գործակից: Երբ նրանք մոտենում են իրենց միացման առավելագույն ջերմաստիճանին, ջերմաստիճանի գործակիցը ստիպում է այս MOSFET-ներին իրենց պահել այնպես, ինչպես 650V MOSFET-ները: MOSFET-ի շատ օգտվողների նախագծման կանոնները պահանջում են 10%-ից 20%-ի չափավորող գործակից: Որոշ նախագծերում, հաշվի առնելով, որ իրական խզման լարումը 5%-ից 10%-ով բարձր է 25°C-ի անվանական արժեքից, իրական դիզայնին կավելացվի համապատասխան օգտակար նախագծային մարժան, ինչը շատ ձեռնտու է դիզայնին: MOSFET-ների ճիշտ ընտրության համար հավասարապես կարևոր է հաղորդման գործընթացում gate-source լարման VGS-ի դերը հասկանալը: Այս լարումն այն լարումն է, որն ապահովում է MOSFET-ի լիարժեք անցկացումը տվյալ առավելագույն RDS(on) պայմանի ներքո: Ահա թե ինչու միացված դիմադրությունը միշտ կապված է VGS մակարդակի հետ, և միայն այս լարման դեպքում է, որ սարքը կարող է միացնել: Դիզայնի կարևոր հետևանքն այն է, որ դուք չեք կարող ամբողջությամբ միացնել MOSFET-ը նվազագույն VGS-ից ցածր լարման դեպքում, որն օգտագործվում է RDS(on) վարկանիշին հասնելու համար: Օրինակ, MOSFET-ը 3.3V միկրոկարգավորիչով ամբողջությամբ միացնելու համար դուք պետք է կարողանաք միացնել MOSFET-ը VGS=2.5V կամ ավելի ցածր:
Դիմադրության վրա, դարպասի լիցքավորում և «արժանի գործիչ»
MOSFET-ի դիմադրությունը միշտ որոշվում է մեկ կամ մի քանի դարպաս-աղբյուր լարման դեպքում: Առավելագույն RDS(on) սահմանաչափը կարող է 20%-ից 50%-ով բարձր լինել սովորական արժեքից: RDS(on)-ի առավելագույն սահմանը սովորաբար վերաբերում է 25°C հանգույցի ջերմաստիճանի արժեքին: Ավելի բարձր ջերմաստիճանների դեպքում RDS(on)-ը կարող է աճել 30%-ով մինչև 150%, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում: Քանի որ RDS(on) փոփոխվում է ջերմաստիճանի հետ և նվազագույն դիմադրության արժեքը չի կարող երաշխավորվել, RDS(on)-ի հիման վրա հոսանքի հայտնաբերումը չի կարող: շատ ճշգրիտ մեթոդ.
Նկար 1 RDS(on)-ը մեծանում է ջերմաստիճանի դեպքում առավելագույն աշխատանքային ջերմաստիճանի 30%-ից մինչև 150%-ի սահմաններում:
On-resistance-ը շատ կարևոր է ինչպես N-ալիքի, այնպես էլ P-ալիքի MOSFET-ների համար: Էլեկտրաէներգիայի մատակարարման միացման ժամանակ Qg-ը N-ալիքային MOSFET-երի ընտրության հիմնական չափանիշն է, որոնք օգտագործվում են էլեկտրամատակարարման միացման համար, քանի որ Qg-ն ազդում է անջատման կորուստների վրա: Այս կորուստներն ունեն երկու ազդեցություն. մեկը միացման ժամանակն է, որն ազդում է MOSFET-ի միացման և անջատման վրա. մյուսը էներգիան է, որն անհրաժեշտ է դարպասի հզորությունը լիցքավորելու համար յուրաքանչյուր միացման գործընթացում: Պետք է հիշել մի բան, որ Qg-ն կախված է դարպասի աղբյուրի լարումից, նույնիսկ եթե ավելի ցածր Vgs օգտագործելը նվազեցնում է անջատման կորուստները: Որպես արագ միջոց՝ համեմատելու MOSFET-ները, որոնք նախատեսված են անջատիչ ծրագրերում օգտագործելու համար, դիզայներները հաճախ օգտագործում են եզակի բանաձև, որը բաղկացած է RDS(on)-ից՝ հաղորդման կորուստների համար և Qg-ից՝ միացման կորուստների համար՝ RDS(on)xQg: Այս «արժանիության ցուցանիշը» (FOM) ամփոփում է սարքի աշխատանքը և թույլ է տալիս MOSFET-ները համեմատել բնորոշ կամ առավելագույն արժեքների առումով: Սարքերի միջև ճշգրիտ համեմատություն ապահովելու համար դուք պետք է համոզվեք, որ նույն VGS-ն օգտագործվում է RDS(on) և Qg-ի համար, և որ տպագրության մեջ սովորական և առավելագույն արժեքները չեն խառնվում իրար: Ստորին FOM-ը ձեզ ավելի լավ կատարողականություն կտա հավելվածները փոխարկելիս, բայց դա երաշխավորված չէ: Համեմատության լավագույն արդյունքները կարելի է ձեռք բերել միայն իրական միացումում, և որոշ դեպքերում սխեման կարող է անհրաժեշտ լինել մանրակրկիտ կարգավորել յուրաքանչյուր MOSFET-ի համար: Գնահատված հոսանքը և էներգիայի սպառումը, հիմնվելով փորձարկման տարբեր պայմանների վրա, MOSFET-ների մեծ մասն ունի մեկ կամ մի քանի շարունակական արտահոսքի հոսանքներ տվյալների թերթիկում: Դուք պետք է ուշադիր նայեք տվյալների թերթիկին՝ պարզելու համար, թե արդյոք գնահատականը գտնվում է նշված դեպքի ջերմաստիճանում (օրինակ՝ TC=25°C), թե շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում (օրինակ՝ TA=25°C): Այս արժեքներից որն է առավել համապատասխան, կախված կլինի սարքի բնութագրերից և կիրառությունից (տես Նկար 2):
Նկար 2 Բոլոր բացարձակ առավելագույն հոսանքի և հզորության արժեքները իրական տվյալներ են
Ձեռքի սարքերում օգտագործվող փոքր մակերեսին ամրացնող սարքերի համար ամենաարդիական ընթացիկ մակարդակը կարող է լինել շրջակա միջավայրի 70°C ջերմաստիճանում: Ջերմային լվացարաններով և օդի հարկադիր սառեցմամբ խոշոր սարքավորումների համար TA=25℃ ընթացիկ մակարդակը կարող է ավելի մոտ լինել իրական իրավիճակին: Որոշ սարքերի համար ձողը կարող է ավելի շատ հոսանք կարգավորել իր միացման առավելագույն ջերմաստիճանում, քան փաթեթի սահմանները: Տվյալների որոշ թերթերում այս «die-limited» ընթացիկ մակարդակը լրացուցիչ տեղեկատվություն է «փաթեթով սահմանափակված» ընթացիկ մակարդակի համար, որը կարող է ձեզ պատկերացում տալ թաղանթի ամրության մասին: Նմանատիպ նկատառումներ կիրառվում են էներգիայի շարունակական սպառման դեպքում, որը կախված է ոչ միայն ջերմաստիճանից, այլև ժամանակից: Պատկերացրեք սարքը, որն անընդհատ աշխատում է PD=4W-ով 10 վայրկյան TA=70℃ պայմաններում: Ինչ է իրենից ներկայացնում «շարունակական» ժամանակաշրջանը, կախված MOSFET փաթեթից, դուք պետք է օգտագործեք նորմալացված ջերմային անցողիկ դիմադրության գծապատկերը տվյալների աղյուսակից՝ տեսնելու, թե ինչպիսին է էներգիայի սպառումը 10 վայրկյան, 100 վայրկյան կամ 10 րոպե հետո: . Ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում, այս մասնագիտացված սարքի ջերմային դիմադրության գործակիցը 10 վայրկյան իմպուլսից հետո մոտավորապես 0,33 է, ինչը նշանակում է, որ երբ փաթեթը հասնում է ջերմային հագեցվածության մոտավորապես 10 րոպե անց, սարքի ջերմության ցրման հզորությունը կազմում է ընդամենը 1,33 Վտ 4 Վտ-ի փոխարեն: . Չնայած սարքի ջերմության ցրման հզորությունը լավ հովացման դեպքում կարող է հասնել մոտ 2 Վտ-ի:
Նկար 3 MOSFET-ի ջերմային դիմադրություն, երբ կիրառվում է հոսանքի իմպուլս
Փաստորեն, մենք կարող ենք բաժանել, թե ինչպես ընտրել MOSFET-ը չորս քայլի:
Առաջին քայլը. ընտրեք N ալիք կամ P ալիք
Ձեր դիզայնի համար ճիշտ սարք ընտրելու առաջին քայլը որոշում է՝ օգտագործել N-ալիք կամ P-ալիք MOSFET: Տիպիկ էներգիայի կիրառման դեպքում, երբ MOSFET-ը միացված է գետնին և բեռը միացված է ցանցի լարմանը, MOSFET-ը ձևավորում է ցածր կողմի անջատիչը: Ցածր կողմի անջատիչում N-ալիքով MOSFET-ները պետք է օգտագործվեն՝ հաշվի առնելով սարքն անջատելու կամ միացնելու համար անհրաժեշտ լարումը: Երբ MOSFET-ը միացված է ավտոբուսին և բեռնվում է գետնին, օգտագործվում է բարձր կողային անջատիչ: P-channel MOSFET-ները սովորաբար օգտագործվում են այս տոպոլոգիայում, ինչը նույնպես պայմանավորված է լարման շարժիչի նկատառումներով: Ձեր հավելվածի համար ճիշտ սարք ընտրելու համար դուք պետք է որոշեք սարքը վարելու համար անհրաժեշտ լարումը և ձեր դիզայնի մեջ դա անելու ամենահեշտ ձևը: Հաջորդ քայլը լարման պահանջվող գնահատականը կամ առավելագույն լարումը որոշելն է, որը սարքը կարող է դիմակայել: Որքան բարձր է լարման վարկանիշը, այնքան բարձր է սարքի արժեքը: Գործնական փորձի համաձայն, անվանական լարումը պետք է լինի ավելի մեծ, քան ցանցի լարումը կամ ավտոբուսի լարումը: Սա բավարար պաշտպանություն կապահովի, որպեսզի MOSFET-ը չխափանի: MOSFET-ի ընտրության ժամանակ անհրաժեշտ է որոշել առավելագույն լարումը, որը կարելի է հանդուրժել արտահոսքից մինչև աղբյուրը, այսինքն՝ առավելագույն VDS: Կարևոր է իմանալ, որ MOSFET-ի առավելագույն լարումը կարող է դիմակայել ջերմաստիճանի փոփոխություններին: Դիզայներները պետք է փորձարկեն լարման տատանումները ողջ աշխատանքային ջերմաստիճանի միջակայքում: Գնահատված լարումը պետք է ունենա բավականաչափ մարժա այս տատանումների միջակայքը ծածկելու համար, որպեսզի ապահովի, որ միացումը չի խափանվի: Անվտանգության այլ գործոններ, որոնք նախագծող ինժեներները պետք է հաշվի առնեն, ներառում են լարման անցողիկները, որոնք առաջանում են էլեկտրոնիկայի միացման միջոցով, ինչպիսիք են շարժիչները կամ տրանսֆորմատորները: Գնահատված լարումները տարբեր են տարբեր ծրագրերի համար. սովորաբար, 20V շարժական սարքերի համար, 20-30V՝ FPGA սնուցման աղբյուրների համար և 450-600V՝ 85-220VAC հավելվածների համար:
Քայլ 2. Որոշեք անվանական հոսանքը
Երկրորդ քայլը MOSFET-ի ընթացիկ վարկանիշն ընտրելն է: Կախված շղթայի կազմաձևից, այս անվանական հոսանքը պետք է լինի առավելագույն հոսանքը, որին կարող է դիմակայել բեռը բոլոր հանգամանքներում: Լարման իրավիճակի նման, նախագծողը պետք է ապահովի, որ ընտրված MOSFET-ը կարող է դիմակայել այս ընթացիկ վարկանիշին, նույնիսկ երբ համակարգը առաջացնում է հոսանքի բարձրացումներ: Դիտարկված երկու ընթացիկ պայմաններն են՝ շարունակական ռեժիմը և իմպուլսի բարձրացումը: Շարունակական հաղորդման ռեժիմում MOSFET-ը գտնվում է կայուն վիճակում, որտեղ հոսանքը անընդհատ հոսում է սարքի միջով: Զարկերակային ցատկը վերաբերում է սարքի միջով հոսող մեծ ալիքին (կամ ցատկային հոսանքին): Այս պայմաններում առավելագույն հոսանքը որոշվելուց հետո այն պարզապես սարքի ընտրության խնդիր է, որը կարող է կարգավորել այս առավելագույն հոսանքը: Գնահատված հոսանքը ընտրելուց հետո պետք է հաշվարկվի նաև հաղորդման կորուստը: Իրական իրավիճակներում MOSFET-ը իդեալական սարք չէ, քանի որ հաղորդման գործընթացում առկա է էլեկտրական էներգիայի կորուստ, որը կոչվում է հաղորդունակության կորուստ: MOSFET-ն իրեն պահում է փոփոխական ռեզիստորի պես, երբ «միացված է», որը որոշվում է սարքի RDS(ON) կողմից և զգալիորեն փոխվում է ջերմաստիճանի հետ: Սարքի էներգիայի կորուստը կարելի է հաշվարկել Iload2×RDS(ON) միջոցով։ Քանի որ միացված դիմադրությունը փոխվում է ջերմաստիճանի հետ, էներգիայի կորուստը նույնպես կփոխվի համամասնորեն: Որքան բարձր է VGS լարումը, որը կիրառվում է MOSFET-ի վրա, այնքան փոքր կլինի RDS(ON): ընդհակառակը, այնքան բարձր կլինի RDS(ON): Համակարգի նախագծողի համար սա այն վայրն է, որտեղ փոխզիջումները գալիս են կախված համակարգի լարումից: Դյուրակիր նմուշների համար ավելի հեշտ է (և ավելի տարածված) օգտագործել ավելի ցածր լարումներ, մինչդեռ արդյունաբերական նմուշների համար կարող են օգտագործվել ավելի բարձր լարումներ: Նկատի ունեցեք, որ RDS(ON) դիմադրությունը մի փոքր կբարձրանա հոսանքի հետ: RDS(ON) ռեզիստորի տարբեր էլեկտրական պարամետրերի տատանումները կարելի է գտնել արտադրողի կողմից տրամադրված տեխնիկական տվյալների թերթիկում: Տեխնոլոգիան զգալի ազդեցություն ունի սարքի բնութագրերի վրա, քանի որ որոշ տեխնոլոգիաներ հակված են մեծացնել RDS(ON) առավելագույն VDS-ն ավելացնելիս: Նման տեխնոլոգիայի համար, եթե դուք մտադիր եք նվազեցնել VDS-ը և RDS(ON), դուք պետք է մեծացնեք չիպի չափը, դրանով իսկ ավելացնելով համապատասխան փաթեթի չափը և դրա հետ կապված զարգացման ծախսերը: Արդյունաբերության մեջ կան մի քանի տեխնոլոգիաներ, որոնք փորձում են վերահսկել չիպի չափի մեծացումը, որոնցից ամենագլխավորը կապուղու և լիցքավորման հավասարակշռման տեխնոլոգիաներն են։ Խրամուղիների տեխնոլոգիայի մեջ խորը խրամատ է տեղադրվում վաֆլի մեջ, որը սովորաբար վերապահված է ցածր լարման համար՝ RDS(ON) դիմադրությունը նվազեցնելու համար: RDS(ON) վրա առավելագույն VDS-ի ազդեցությունը նվազեցնելու համար մշակման գործընթացում օգտագործվել է էպիտաքսիալ աճի սյունակ/փորագրման սյունակ: Օրինակ, Fairchild Semiconductor-ը մշակել է SuperFET կոչվող տեխնոլոգիա, որն ավելացնում է լրացուցիչ արտադրական քայլեր RDS(ON) կրճատման համար: Այս կենտրոնացումը RDS(ON)-ի վրա կարևոր է, քանի որ քանի որ ստանդարտ MOSFET-ի խզման լարումը մեծանում է, RDS(ON)-ը էքսպոնենցիալ աճում է և հանգեցնում է չափսերի մեծացման: SuperFET պրոցեսը փոխում է RDS(ON) և վաֆլի չափի էքսպոնենցիալ հարաբերությունները գծային հարաբերությունների: Այս կերպ SuperFET սարքերը կարող են հասնել իդեալական ցածր RDS(ON) փոքր չափսերի դեպքում, նույնիսկ մինչև 600 Վ վթարային լարման դեպքում: Արդյունքն այն է, որ վաֆլի չափը կարող է կրճատվել մինչև 35%: Վերջնական օգտագործողների համար սա նշանակում է փաթեթի չափի զգալի կրճատում:
Քայլ երրորդ. Ջերմային պահանջների որոշում
MOSFET-ի ընտրության հաջորդ քայլը համակարգի ջերմային պահանջների հաշվարկն է: Դիզայներները պետք է հաշվի առնեն երկու տարբեր սցենարներ՝ ամենավատ սցենարը և իրական աշխարհի սցենարը: Խորհուրդ է տրվում օգտագործել ամենավատ հաշվարկի արդյունքը, քանի որ այս արդյունքը ապահովում է անվտանգության ավելի մեծ մարժան և ապահովում է, որ համակարգը չի խափանվի: Կան նաև որոշ չափման տվյալներ, որոնք ուշադրության կարիք ունեն MOSFET տվյալների թերթիկի վրա. ինչպիսիք են փաթեթավորված սարքի կիսահաղորդչային հանգույցի և շրջակա միջավայրի միջև ջերմային դիմադրությունը և միացման առավելագույն ջերմաստիճանը: Սարքի միացման ջերմաստիճանը հավասար է շրջակա միջավայրի առավելագույն ջերմաստիճանին գումարած ջերմային դիմադրության և էներգիայի սպառման արդյունքը (հանգույցի ջերմաստիճան = շրջակա միջավայրի առավելագույն ջերմաստիճան + [ջերմային դիմադրություն × էներգիայի սպառում]): Համաձայն այս հավասարման՝ կարելի է լուծել համակարգի առավելագույն հզորության սպառումը, որը ըստ սահմանման հավասար է I2×RDS(ON): Քանի որ դիզայները որոշել է սարքի միջով անցնող առավելագույն հոսանքը, RDS(ON)-ը կարող է հաշվարկվել տարբեր ջերմաստիճաններում: Հարկ է նշել, որ պարզ ջերմային մոդելների հետ գործ ունենալիս դիզայներները պետք է հաշվի առնեն նաև կիսահաղորդչային հանգույցի/սարքի պատյանի և պատյանի/միջավայրի ջերմային հզորությունը. սա պահանջում է, որ տպագիր տպատախտակը և փաթեթը անմիջապես չտաքանան: Ավալանշի փլուզումը նշանակում է, որ կիսահաղորդչային սարքի հակադարձ լարումը գերազանցում է առավելագույն արժեքը և ստեղծում է ուժեղ էլեկտրական դաշտ՝ սարքում հոսանքը մեծացնելու համար: Այս հոսանքը կցրի հզորությունը, կբարձրացնի սարքի ջերմաստիճանը և, հնարավոր է, կվնասի սարքը: Կիսահաղորդչային ընկերությունները սարքերի վրա կանցկացնեն ավալանշի փորձարկում, կհաշվարկեն դրանց ավալանշի լարումը կամ կփորձարկեն սարքի ամրությունը: Գոյություն ունեն անվանական ավալանշ լարման հաշվարկման երկու եղանակ. մեկը վիճակագրական մեթոդն է, մյուսը՝ ջերմային հաշվարկը։ Ջերմային հաշվարկը լայնորեն կիրառվում է, քանի որ այն ավելի գործնական է։ Շատ ընկերություններ ներկայացրել են իրենց սարքի փորձարկման մանրամասները: Օրինակ, Fairchild Semiconductor-ը տրամադրում է «Power MOSFET Avalanche Guidelines» (Power MOSFET Avalanche Guidelines-կարելի է ներբեռնել Fairchild կայքից): Բացի հաշվարկներից, տեխնոլոգիան նույնպես մեծ ազդեցություն ունի ավալանշի էֆեկտի վրա: Օրինակ, մեռուկի չափի մեծացումը մեծացնում է ավալանշի դիմադրությունը և, ի վերջո, մեծացնում է սարքի ամրությունը: Վերջնական օգտագործողների համար սա նշանակում է համակարգում ավելի մեծ փաթեթների օգտագործում:
Քայլ 4. Որոշեք անջատիչի աշխատանքը
MOSFET-ի ընտրության վերջին քայլը MOSFET-ի անջատման արդյունավետությունը որոշելն է: Կան բազմաթիվ պարամետրեր, որոնք ազդում են անջատման աշխատանքի վրա, բայց ամենակարևորներն են դարպասը/արտահոսքը, դարպասը/աղբյուրը և արտահոսքի/աղբյուրի հզորությունը: Այս կոնդենսատորները սարքում ստեղծում են անջատման կորուստներ, քանի որ դրանք լիցքավորվում են ամեն անգամ, երբ դրանք միանում են: Հետևաբար, MOSFET-ի միացման արագությունը նվազում է, և սարքի արդյունավետությունը նույնպես նվազում է: Միացման ժամանակ սարքի ընդհանուր կորուստները հաշվարկելու համար նախագծողը պետք է հաշվարկի կորուստները միացման ժամանակ (Eon) և կորուստները անջատման ժամանակ (Eoff): MOSFET անջատիչի ընդհանուր հզորությունը կարող է արտահայտվել հետևյալ հավասարմամբ՝ Psw=(Eon+Eoff)×անջատման հաճախականությունը։ Դարպասի լիցքը (Qgd) ամենամեծ ազդեցությունն ունի միացման աշխատանքի վրա: Ելնելով անցումային կատարողականի կարևորությունից՝ նոր տեխնոլոգիաներ մշտապես զարգանում են այս անջատման խնդիրը լուծելու համար: Չիպի չափի մեծացումը մեծացնում է դարպասի լիցքը. սա մեծացնում է սարքի չափը: Միացման կորուստները նվազեցնելու համար ի հայտ են եկել նոր տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են ալիքի հաստ հատակի օքսիդացումը, որոնք նպատակ ունեն նվազեցնել դարպասի լիցքը: Օրինակ՝ SuperFET նոր տեխնոլոգիան կարող է նվազագույնի հասցնել հաղորդման կորուստները և բարելավել անջատման աշխատանքը՝ նվազեցնելով RDS(ON) և դարպասի լիցքը (Qg): Այսպիսով, MOSFET-ները կարող են դիմակայել բարձր արագությամբ լարման անցողիկներին (dv/dt) և ընթացիկ անցողիկներին (di/dt) միացման ժամանակ, և նույնիսկ կարող են հուսալիորեն աշխատել ավելի բարձր անջատման հաճախականություններում:
Հրապարակման ժամանակը՝ հոկտ-23-2023
