Rafmagnshálfleiðaratæki eru mikið notuð í iðnaði, neyslu, hernaði og öðrum sviðum og hafa mikla stefnumótandi stöðu. Við skulum kíkja á heildarmynd af rafmagnstækjum úr mynd:
Aflhálfleiðarabúnaði má skipta í fulla gerð, hálfstýrða gerð og óstýranlega gerð í samræmi við stjórnunarstig hringrásarmerkja. Eða samkvæmt merkjaeiginleikum akstursrásarinnar er hægt að skipta henni í spennuknúna gerð, straumdrifna gerð osfrv.
| Flokkun | gerð | Sérstök afl hálfleiðara tæki |
| Stjórnun rafboða | Hálfstýrð gerð | SCR |
| Full stjórn | GTO, GTR, MOSFET, IGBT | |
| Óviðráðanlegt | Kraftdíóða | |
| Eiginleikar akstursmerkja | Spennudrifin gerð | IGBT, MOSFET, SITH |
| Núverandi ekið gerð | SCR, GTO, GTR | |
| Virkt merki bylgjuform | Gerð púls trigger | SCR, GTO |
| Gerð rafstýringar | GTR, MOSFET, IGBT | |
| Aðstæður þar sem rafeindir sem flytja straum taka þátt í | tvískauta tæki | Power Diode, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| Einpóla tæki | MOSFET, SIT | |
| Samsett tæki | MCT, IGBT, SITH og IGCT |
Mismunandi aflhálfleiðaratæki hafa mismunandi eiginleika eins og spennu, straumgetu, viðnámsgetu og stærð. Við raunverulega notkun þarf að velja viðeigandi tæki í samræmi við mismunandi svið og þarfir.
Hálfleiðaraiðnaðurinn hefur gengið í gegnum þrjár kynslóðir af efnisbreytingum frá fæðingu hans. Hingað til er fyrsta hálfleiðaraefnið sem er táknað með Si enn aðallega notað á sviði aflhálfleiðaratækja.
| Hálfleiðara efni | Bandgap (eV) | Bræðslumark (K) | aðalumsókn | |
| 1. kynslóðar hálfleiðara efni | Ge | 1.1 | 1221 | Lágspenna, lág tíðni, miðlungs afl smári, ljósnemar |
| 2. kynslóðar hálfleiðara efni | Si | 0,7 | 1687 | |
| 3. kynslóðar hálfleiðara efni | GaAs | 1.4 | 1511 | Örbylgjuofn, millimetra bylgjutæki, ljósgjafatæki |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. Háhita, hátíðni, geislunarþolin háorkutæki 2. Bláar, gráðu, fjólubláar ljósdíóðar, hálfleiðara leysir | |
| GaN | 3.4 | 1973 | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | ＞3800 | ||
| ZnO | 3,37 | 2248 | ||
Taktu saman eiginleika hálfstýrðra og fullstýrðra afltækja:
| Gerð tækis | SCR | GTR | MOSFET | IGBT |
| Gerð stjórnunar | Púls kveikja | Núverandi stjórn | spennustjórnun | kvikmyndamiðstöð |
| sjálfslokunarlína | Lokun flutnings | sjálfslokunartæki | sjálfslokunartæki | sjálfslokunartæki |
| vinnutíðni | ＜1 khz | ＜30khz | 20khz-Mhz | ＜40khz |
| Drifkraftur | lítill | stór | lítill | lítill |
| skiptitap | stór | stór | stór | stór |
| leiðslutap | lítill | lítill | stór | lítill |
| Spenna og straumstig | 最大 | stór | lágmarki | meira |
| Dæmigert forrit | Meðal tíðni örvunarhitun | UPS tíðnibreytir | skipta um aflgjafa | UPS tíðnibreytir |
| verð | lægsta | lægri | í miðjunni | Sá dýrasti |
| leiðni mótunaráhrif | hafa | hafa | engin | hafa |
Kynntu þér MOSFET
MOSFET hefur mikla inntaksviðnám, lágan hávaða og góðan hitastöðugleika; það hefur einfalt framleiðsluferli og sterka geislun, svo það er venjulega notað í magnararásum eða skiptirásum;
(1) Helstu færibreytur fyrir val: frárennslisspenna VDS (þolir spennu), stöðugur lekastraumur, RDS(on) viðnám, Ciss inntaksrýmd (rýmd tengis), gæðastuðull FOM=Ron*Qg o.s.frv.
(2) Samkvæmt mismunandi ferlum er það skipt í TrenchMOS: trench MOSFET, aðallega í lágspennusviðinu innan 100V; SGT (Split Gate) MOSFET: skipt hlið MOSFET, aðallega á meðal- og lágspennusviði innan 200V; SJ MOSFET: frábær mótum MOSFET, aðallega í háspennusviði 600-800V;
Í skiptiaflgjafa, eins og opnu holræsi, er frárennslið tengt við álagið ósnortið, sem er kallað opið holræsi. Í opnu holræsi hringrás, sama hversu háa spennu álagið er tengt, er hægt að kveikja og slökkva á álagsstraumnum. Það er tilvalið hliðrænt skiptitæki. Þetta er meginreglan um MOSFET sem skiptibúnað.
Hvað varðar markaðshlutdeild eru MOSFETs nánast allir einbeittir í höndum helstu alþjóðlegra framleiðenda. Meðal þeirra keypti Infineon IR (American International Rectifier Company) árið 2015 og varð leiðandi í iðnaðinum. ON Semiconductor gekk einnig frá kaupum á Fairchild Semiconductor í september 2016. , markaðshlutdeildin fór í annað sætið og þá voru söluflokkarnir Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna o.fl.;
Almenn MOSFET vörumerki eru skipt í nokkrar seríur: amerískar, japanskar og kóreskar.
Bandarísk röð: Infineon, IR, Fairchild, ON hálfleiðari, ST, TI, PI, AOS, osfrv .;
Japanska: Toshiba, Renesas, ROHM, osfrv.;
Kóreskar þáttaraðir: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
MOSFET pakkaflokkar
Samkvæmt því hvernig það er sett upp á PCB borðinu eru tvær megingerðir MOSFET pakka: innstunga (Gegn gat) og yfirborðsfesting (yfirborðsfesting). .
The plug-in tegund þýðir að pinnar á MOSFET fara í gegnum festingargötin á PCB borðinu og eru soðnar við PCB borðið. Algengar tengipakkar innihalda: tvískiptur innlínupakka (DIP), smáraútlínupakka (TO) og pinnakerfispakka (PGA).
Plug-in umbúðir
Yfirborðsfesting er þar sem MOSFET pinnar og hitaleiðniflans eru soðnar við púðana á yfirborði PCB borðsins. Dæmigert yfirborðsfestingarpakkar innihalda: smára útlínur (D-PAK), lítill útlínur smári (SOT), lítill útlínur pakki (SOP), quad flat pakki (QFP), plast blý flís burðarefni (PLCC), o.fl.
yfirborðsfestingarpakki
Með þróun tækninnar nota PCB töflur eins og móðurborð og skjákort nú minna og minna beinar innstungnar umbúðir og fleiri yfirborðsfestingar eru notaðar.
1. Tvískiptur pakki (DIP)
DIP pakkinn hefur tvær raðir af pinna og þarf að stinga honum í flísarinnstungu með DIP uppbyggingu. Afleiðsluaðferð þess er SDIP (Shrink DIP), sem er shrink double-in-line pakki. Pinnaþéttleiki er 6 sinnum hærri en DIP.
DIP umbúðauppbyggingarform innihalda: fjöllaga keramik tvískipt DIP, eins lags keramik tvískipt DIP, blý ramma DIP (þar á meðal gler-keramik þéttingargerð, gerð plasthjúpunarbyggingar, keramik lágbræðsluglerhjúpun tegund) o.s.frv. Einkenni DIP umbúða er að þær geta auðveldlega áttað sig á gegnum holu suðu á PCB borðum og hafa góða samhæfni við móðurborðið.
Hins vegar, vegna þess að pökkunarsvæði þess og þykkt er tiltölulega stór, og pinnar skemmast auðveldlega við að tengja og taka úr sambandi, er áreiðanleikinn lélegur. Á sama tíma, vegna áhrifa ferlisins, fer fjöldi pinna almennt ekki yfir 100. Þess vegna, í ferli mikillar samþættingar rafeindaiðnaðarins, hefur DIP umbúðir smám saman dregið sig úr sögustigi.
2. Transistor Outline Package (TO)
Snemma pökkunarforskriftir, eins og TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251, o.s.frv. eru allar innbyggðar umbúðir.
TO-3P/247: Það er almennt notað umbúðaform fyrir meðalháspennu og hástraums MOSFET. Varan hefur eiginleika hárþolsspennu og sterkrar niðurbrotsþols. .
TO-220/220F: TO-220F er algjörlega plastpakki og það er engin þörf á að bæta við einangrunarpúða þegar hann er settur upp á ofn; TO-220 er með málmplötu sem er tengd við miðpinna og einangrunarpúða er nauðsynleg þegar ofninn er settur upp. MOSFETs þessara tveggja pakkastíla hafa svipað útlit og hægt er að nota þau til skiptis. .
TO-251: Þessi pakkaða vara er aðallega notuð til að draga úr kostnaði og minnka vörustærð. Það er aðallega notað í umhverfi með meðalspennu og háum straumi undir 60A og háspennu undir 7N. .
TO-92: Þessi pakki er aðeins notaður fyrir lágspennu MOSFET (straumur undir 10A, þolir spennu undir 60V) og háspennu 1N60/65, til að draga úr kostnaði.
Á undanförnum árum hefur eftirspurnin á yfirborðsfestingarmarkaði haldið áfram að aukast, vegna mikils suðukostnaðar við innstungna umbúðaferli og óæðri hitaleiðni fyrir vörur af plástri, sem hefur einnig leitt til þróunar á TO umbúðum. í yfirborðsfestingar umbúðir.
TO-252 (einnig kallaðir D-PAK) og TO-263 (D2PAK) eru báðir yfirborðsfestingarpakkar.。
TIL að pakka vöruútliti
TO252/D-PAK er plastflísapakki, sem er almennt notað til að pakka afltransistrum og spennustöðugleikaflísum. Það er einn af núverandi almennu pakkunum. MOSFET sem notar þessa pökkunaraðferð hefur þrjú rafskaut, hlið (G), frárennsli (D) og uppspretta (S). Afrennslispinninn (D) er skorinn af og ekki notaður. Þess í stað er hitavaskurinn á bakhliðinni notaður sem niðurfall (D), sem er beint soðið við PCB. Annars vegar er það notað til að gefa út stóra strauma og hins vegar dreifir það hita í gegnum PCB. Þess vegna eru þrír D-PAK púðar á PCB og frárennslispúðinn (D) er stærri. Pökkunarforskriftir þess eru sem hér segir:
TO-252/D-PAK pakkningastærðarforskriftir
TO-263 er afbrigði af TO-220. Það er aðallega hannað til að bæta framleiðslu skilvirkni og hitaleiðni. Það styður mjög háan straum og spennu. Það er algengara í meðalspennu hástraums MOSFET undir 150A og yfir 30V. Auk D2PAK (TO-263AB) inniheldur það einnig TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 og aðra stíla, sem eru víkjandi TO-263, aðallega vegna mismunandi fjölda og fjarlægðar pinna .
TO-263/D2PAK pakkningastærðarforskrifts
3. Pin grid array pakki (PGA)
Það eru margir fermetrar fylkispinnar innan og utan PGA (Pin Grid Array Package) flögunnar. Hver ferningur fylkis pinna er raðað í ákveðinni fjarlægð í kringum flísina. Það fer eftir fjölda pinna, það er hægt að mynda það í 2 til 5 hringi. Á meðan á uppsetningu stendur skaltu bara setja flísina í sérstaka PGA-innstunguna. Það hefur þá kosti að vera auðvelt að tengja og taka úr sambandi og mikla áreiðanleika og geta lagað sig að hærri tíðni.
PGA pakka stíll
Flest flísundirlag þess eru úr keramikefni og sumir nota sérstakt plastplastefni sem undirlag. Hvað varðar tækni er pinnamiðjufjarlægðin venjulega 2,54 mm og fjöldi pinna er á bilinu 64 til 447. Einkenni þessarar tegundar umbúða er að eftir því sem pökkunarsvæðið (rúmmálið er minna) því minni er orkunotkunin (afköst) ) það þolir, og öfugt. Þessi pökkunarstíll flísa var algengari í árdaga og var aðallega notaður til að pakka vörum sem nota mikla orku eins og örgjörva. Til dæmis nota Intel 80486 og Pentium öll þennan umbúðastíl; það er ekki almennt tekið upp af MOSFET framleiðendum.
4. Small Outline Transistor Package (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) er smáraflispakki af plástri, aðallega með SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (þ.e. SOT23-5), osfrv. SOT323, SOT363/SOT26 (þ.e. SOT23-6) og aðrar gerðir eru afleidd, sem eru minni að stærð en TO pakkar.
SOT pakkategund
SOT23 er almennt notaður smárapakki með þremur vængjalaga pinna, þ.e. collector, emitter og base, sem eru skráðir á báðum hliðum langhliðar íhlutans. Meðal þeirra eru útblástur og grunnur á sömu hlið. Þeir eru algengir í litlum smára, sviði áhrifa smára og samsettum smára með viðnámsnetum. Þeir hafa góðan styrk en lélega lóðahæfni. Útlitið er sýnt á mynd (a) hér að neðan.
SOT89 hefur þrjá stutta pinna sem dreifast á annarri hlið smárasins. Hin hliðin er málmhitavaskur tengdur við grunninn til að auka hitaleiðnigetu. Það er algengt í sílikonafls yfirborðsfestingum smára og er hentugur fyrir meiri orkunotkun. Útlitið er sýnt á mynd (b) hér að neðan. .
SOT143 hefur fjóra stutta vængjalaga pinna sem eru leiddir út frá báðum hliðum. Breiðari endinn á pinnanum er safnarinn. Þessi tegund pakka er algeng í hátíðni smára og útlit hennar er sýnt á mynd (c) hér að neðan. .
SOT252 er aflmikill smári með þremur pinnum sem leiða frá annarri hliðinni og miðpinninn er styttri og er safnarinn. Tengdu við stærri pinna á hinum endanum, sem er koparplata fyrir hitaleiðni, og útlit hans er eins og sýnt er á mynd (d) hér að neðan.
Algengur útlitssamanburður á SOT pakka
Fjögurra skauta SOT-89 MOSFET er almennt notað á móðurborðum. Forskriftir þess og stærðir eru sem hér segir:
SOT-89 MOSFET stærðarforskriftir (eining: mm)
5. Lítill yfirlitspakki (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) er einn af yfirborðsfestingarpakkunum, einnig kallaður SOL eða DFP. Pinnarnir eru dregnir út frá báðum hliðum pakkans í mávavængformi (L lögun). Efnin eru plast og keramik. SOP umbúðastaðlar innihalda SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28, osfrv. Talan á eftir SOP gefur til kynna fjölda pinna. Flestir MOSFET SOP pakkar samþykkja SOP-8 forskriftir. Iðnaðurinn sleppir oft „P“ og skammstafar það sem SO (Small Out-Line).
SOP-8 pakkningastærð
SO-8 var fyrst þróað af PHILIP Company. Það er pakkað í plast, hefur enga hitaleiðni botnplötu og hefur lélega hitaleiðni. Það er almennt notað fyrir MOSFETs með litlum krafti. Síðar voru staðlaðar forskriftir eins og TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) o.s.frv. meðal þeirra eru TSOP og TSSOP almennt notuð í MOSFET umbúðum.
SOP afleiddar forskriftir sem almennt eru notaðar fyrir MOSFET
6. Quad Flat Package (QFP)
Fjarlægðin milli flíspinna í QFP (Plastic Quad Flat Package) pakkanum er mjög lítil og pinnarnir eru mjög þunnar. Það er almennt notað í stórum eða ofurstórum samþættum hringrásum, og fjöldi pinna er almennt meira en 100. Flísar sem eru pakkaðar í þessu formi verða að nota SMT yfirborðsfestingartækni til að lóða flísina við móðurborðið. Þessi pökkunaraðferð hefur fjóra helstu eiginleika: ① Það er hentugur fyrir SMD yfirborðsfestingartækni til að setja upp raflögn á PCB hringrásarspjöldum; ② Það er hentugur fyrir hátíðni notkun; ③ Það er auðvelt í notkun og hefur mikla áreiðanleika; ④ Hlutfallið á milli flísarsvæðisins og pökkunarsvæðisins er lítið. Eins og PGA pökkunaraðferðin, pakkar þessi pökkunaraðferð flísinni inn í plastpakka og getur ekki dreift hitanum sem myndast þegar flísinn vinnur tímanlega. Það takmarkar endurbætur á MOSFET frammistöðu; og plastumbúðirnar sjálfar auka stærð tækisins sem stenst ekki kröfur um þróun hálfleiðara í þá átt að vera létt, þunnt, stutt og lítið. Að auki er þessi tegund af pökkunaraðferð byggð á einni flís, sem hefur vandamálin með lítilli framleiðslu skilvirkni og háum umbúðakostnaði. Þess vegna er QFP hentugra til notkunar í stafrænum rökfræði LSI hringrásum eins og örgjörvum / hliðarfylkingum, og hentar einnig til að pakka hliðstæðum LSI hringrásarvörum eins og VTR merkjavinnslu og hljóðmerkjavinnslu.
7、Fjögurra flatur pakki án leiða (QFN)
QFN (Quad Flat Non-leaded package) pakkinn er búinn rafskautssnertum á öllum fjórum hliðum. Þar sem engar leiðir eru til er uppsetningarsvæðið minna en QFP og hæðin er lægri en QFP. Meðal þeirra er keramik QFN einnig kallað LCC (Leadless Chip Carriers), og ódýrt plast QFN sem notar gler epoxý plastefni prentað undirlagsefni er kallað plast LCC, PCLC, P-LCC, osfrv. Þetta er vaxandi yfirborðsfestingar flísumbúðir tækni með lítilli púðastærð, litlu rúmmáli og plasti sem þéttiefni. QFN er aðallega notað fyrir samþætta hringrásarumbúðir og MOSFET verður ekki notað. Hins vegar, vegna þess að Intel lagði til samþættan rekla og MOSFET lausn, setti það af stað DrMOS í QFN-56 pakka ("56" vísar til 56 tengipinna aftan á flísinni).
Það skal tekið fram að QFN pakkinn hefur sömu ytri blýstillingar og öfgaþunnur lítill útlínur pakkinn (TSSOP), en stærð hans er 62% minni en TSSOP. Samkvæmt QFN líkanagögnum er hitauppstreymi þess 55% hærri en TSSOP umbúða og rafmagnsframmistaða (inductance og rýmd) er 60% og 30% hærri en TSSOP umbúðir í sömu röð. Stærsti ókosturinn er sá að það er erfitt að gera við.
DrMOS í QFN-56 pakka
Hefðbundin stakur DC/DC lækkandi aflgjafi getur ekki uppfyllt kröfur um hærri aflþéttleika, né geta þeir leyst vandamálið með áhrifum sníkjubreytu við háa rofitíðni. Með nýjungum og framförum tækninnar hefur það orðið að veruleika að samþætta rekla og MOSFETs til að byggja fjölflísaeiningar. Þessi samþættingaraðferð getur sparað talsvert pláss og aukið orkunotkunarþéttleika. Með hagræðingu ökumanna og MOSFETs hefur það orðið að veruleika. Aflnýting og hágæða DC straumur, þetta er DrMOS samþætt IC driver.
Renesas 2. kynslóð DrMOS
QFN-56 blýlaus pakkinn gerir DrMOS varmaviðnám mjög lágt; með innri vírtengingu og koparklemmuhönnun er hægt að lágmarka ytri PCB raflögn og draga þannig úr inductance og viðnám. Að auki getur djúprás sílikon MOSFET ferlið sem notað er einnig dregið verulega úr leiðni, rofi og hleðslutapi; það er samhæft við margs konar stýringar, getur náð mismunandi rekstrarhamum og styður virka fasabreytingarham APS (Auto Phase Switching). Til viðbótar við QFN umbúðir eru tvíhliða flatar blýlausar umbúðir (DFN) einnig nýtt rafrænt pökkunarferli sem hefur verið mikið notað í ýmsum hlutum ON hálfleiðara. Í samanburði við QFN hefur DFN færri útblástursrafskaut á báðum hliðum.
8、Plastblýflísar (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) er ferningur og mun minni en DIP pakkinn. Hann hefur 32 pinna með pinna allan hringinn. Pinnarnir eru leiddir út frá fjórum hliðum pakkans í T-formi. Það er plastvara. Fjarlægð pinnamiðju er 1,27 mm og fjöldi pinna er á bilinu 18 til 84. J-laga pinnar eru ekki auðveldlega aflögaðar og eru auðveldari í notkun en QFP, en útlitsskoðun eftir suðu er erfiðari. PLCC umbúðir eru hentugar til að setja upp raflögn á PCB með SMT yfirborðsfestingartækni. Það hefur kosti lítillar stærðar og mikillar áreiðanleika. PLCC umbúðir eru tiltölulega algengar og eru notaðar í rökfræði LSI, DLD (eða forrit rökfræði tæki) og öðrum hringrásum. Þetta pökkunarform er oft notað í BIOS móðurborðsins, en það er nú sjaldgæfara í MOSFET.
Innhjúpun og endurbætur fyrir almenn fyrirtæki
Vegna þróunarþróunar lágspennu og mikils straums í örgjörvum, þurfa MOSFETs að hafa mikinn útstreymi, lágt viðnám, lága hitamyndun, hraða hitaleiðni og litla stærð. Auk þess að bæta flísframleiðslutækni og ferla, halda MOSFET framleiðendur einnig áfram að bæta umbúðatækni. Á grundvelli samhæfni við staðlaðar útlitslýsingar leggja þeir til ný pökkunarform og skrá vörumerkjaheiti fyrir nýju umbúðirnar sem þeir þróa.
1、RENESAS WPAK, LFPAK og LFPAK-I pakkar
WPAK er háhitageislunarpakki þróaður af Renesas. Með því að líkja eftir D-PAK pakkanum er flíshitaflinn soðinn á móðurborðið og hitanum dreift í gegnum móðurborðið, þannig að litla pakkan WPAK getur einnig náð útstreymi D-PAK. WPAK-D2 pakkar tveimur háum/lágum MOSFET-tækjum til að draga úr rafspennu.
Renesas WPAK pakkastærð
LFPAK og LFPAK-I eru tveir aðrir litlir formþáttapakkar þróaðir af Renesas sem eru samhæfðir SO-8. LFPAK er svipað og D-PAK, en minni en D-PAK. LFPAK-i setur hitaskápinn upp á við til að dreifa hita í gegnum hitavaskinn.
Renesas LFPAK og LFPAK-I pakkar
2. Vishay Power-PAK og Polar-PAK umbúðir
Power-PAK er MOSFET pakkanafnið skráð af Vishay Corporation. Power-PAK inniheldur tvær forskriftir: Power-PAK1212-8 og Power-PAK SO-8.
Vishay Power-PAK1212-8 pakki
Vishay Power-PAK SO-8 pakki
Polar PAK er lítill pakki með tvíhliða hitaleiðni og er ein af helstu umbúðatækni Vishay. Polar PAK er það sama og venjulegur so-8 pakki. Það hefur dreifingarpunkta bæði á efri og neðri hlið pakkans. Það er ekki auðvelt að safna hita inni í pakkanum og getur aukið straumþéttleika rekstrarstraumsins í tvöfalt hærri en SO-8. Eins og er hefur Vishay veitt STMicroelectronics leyfi fyrir Polar PAK tækni.
Vishay Polar PAK pakki
3. Onsemi SO-8 og WDFN8 flatir blýpakkar
ON Semiconductor hefur þróað tvær gerðir af flatbýjum MOSFET, þar á meðal eru SO-8 samhæfu flatblývélarnar notaðar af mörgum borðum. Nýlega hleypt af stokkunum NVMx og NVTx afl MOSFET frá ON Semiconductor nota fyrirferðarlítið DFN5 (SO-8FL) og WDFN8 pakka til að lágmarka leiðartap. Það er einnig með lágt QG og rýmd til að lágmarka tap ökumanns.
ON hálfleiðari SO-8 flatleiðarpakki
ON Hálfleiðari WDFN8 pakki
4. NXP LFPAK og QLPAK umbúðir
NXP (áður Philps) hefur bætt SO-8 umbúðatækni í LFPAK og QLPAK. Meðal þeirra er LFPAK talinn vera áreiðanlegasti SO-8 orkupakki í heimi; en QLPAK hefur einkenni smæðar og meiri skilvirkni hitaleiðni. Í samanburði við venjulegt SO-8, tekur QLPAK PCB borðsvæði 6 * 5 mm og hefur hitauppstreymi 1,5k/W.
NXP LFPAK pakki
NXP QLPAK umbúðir
4. ST hálfleiðari PowerSO-8 pakki
Power MOSFET flísumbúðatækni STMicroelectronics felur í sér SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK o.s.frv. Meðal þeirra er Power SO-8 endurbætt útgáfa af SO-8. Að auki eru PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 og fleiri pakkar.
STMicroelectronics Power SO-8 pakki
5. Fairchild Semiconductor Power 56 pakki
Power 56 er einkanafn Farichild og opinbert nafn þess er DFN5×6. Pökkunarsvæði þess er sambærilegt við almennt notaða TSOP-8, og þunni pakkningin sparar úthreinsunarhæð íhluta og Thermal-Pad hönnunin neðst dregur úr hitauppstreymi. Þess vegna hafa margir framleiðendur rafmagnstækja notað DFN5×6.
Fairchild Power 56 pakki
6. International Rectifier (IR) Direct FET pakki
Direct FET veitir skilvirka efri kælingu í SO-8 eða minni fótspori og er hentugur fyrir AC-DC og DC-DC aflbreytingarforrit í tölvum, fartölvum, fjarskipta- og rafeindabúnaði. Málmdósasmíði DirectFET veitir tvíhliða hitaleiðni, sem tvöfaldar í raun núverandi meðhöndlunargetu hátíðni DC-DC buck breyta samanborið við venjulegar stakar plastpakkningar. Direct FET pakkinn er af gerðinni sem er öfug fest, þar sem frárennsli (D) hitavaskurinn snýr upp og þakinn málmskel, þar sem hitinn er dreift. Beinar FET-umbúðir bæta hitaleiðni til muna og taka minna pláss með góðri hitaleiðni.
Tekið saman
Í framtíðinni, þar sem rafeindaframleiðsluiðnaðurinn heldur áfram að þróast í átt að ofurþunnri, smæðingu, lágspennu og háum straumi, mun útlit og innri umbúðir MOSFET einnig breytast til að laga sig betur að þróunarþörfum framleiðslunnar. iðnaður. Að auki, til að lækka valþröskuld fyrir rafeindaframleiðendur, mun þróun MOSFET þróunar í átt að mátvæðingu og umbúðum á kerfisstigi verða sífellt augljósari og vörur munu þróast á samræmdan hátt úr mörgum víddum eins og frammistöðu og kostnaði. . Pakki er einn af mikilvægum viðmiðunarþáttum fyrir MOSFET val. Mismunandi rafeindavörur hafa mismunandi rafmagnskröfur og mismunandi uppsetningarumhverfi þurfa einnig samsvarandi stærðarforskriftir til að uppfylla. Við raunverulegt val ætti ákvörðunin að vera tekin í samræmi við raunverulegar þarfir samkvæmt almennu meginreglunni. Sum rafeindakerfi takmarkast af stærð PCB og innri hæð. Til dæmis nota einingaaflgjafar samskiptakerfa venjulega DFN5*6 og DFN3*3 pakka vegna hæðartakmarkana; í sumum ACDC aflgjafa, eru ofurþunn hönnun eða vegna skeljatakmarkana hentug til að setja saman TO220 pakkaða afl MOSFET. Á þessum tíma er hægt að setja pinnana beint í rótina, sem er ekki hentugur fyrir TO247 pakkaðar vörur; Sumar ofurþunnar hönnun krefjast þess að búnaðapinnarnir séu beygðir og lagðir flatir, sem mun auka flókið val á MOSFET.
Hvernig á að velja MOSFET
Verkfræðingur sagði mér einu sinni að hann horfði aldrei á fyrstu síðu MOSFET gagnablaðs vegna þess að "hagnýtar" upplýsingarnar birtust aðeins á annarri síðu og víðar. Nánast hver einasta síða á MOSFET gagnablaði inniheldur dýrmætar upplýsingar fyrir hönnuði. En það er ekki alltaf ljóst hvernig á að túlka gögnin sem framleiðendur veita.
Þessi grein útlistar nokkrar af helstu forskriftum MOSFET, hvernig þær eru settar fram á gagnablaðinu og þá skýru mynd sem þú þarft til að skilja þær. Eins og flest rafeindatæki verða MOSFET-tæki fyrir áhrifum af rekstrarhitastigi. Svo það er mikilvægt að skilja prófunarskilyrðin þar sem nefndum vísbendingum er beitt. Það er líka mikilvægt að skilja hvort vísbendingar sem þú sérð í „Vörukynningu“ eru „hámark“ eða „dæmigert“ gildi, vegna þess að sum gagnablöð gera það ekki skýrt.
Spennustig
Aðaleiginleikinn sem ákvarðar MOSFET er frárennslisspenna hans VDS, eða "drain-source breakdown voltage", sem er hæsta spennan sem MOSFET þolir án skemmda þegar hliðið er skammhlaupið við upptökin og frárennslisstraumnum er 250μA. . VDS er einnig kallað "alger hámarksspenna við 25°C", en það er mikilvægt að muna að þessi algera spenna er háð hitastigi og það er venjulega "VDS hitastuðull" í gagnablaðinu. Þú þarft líka að skilja að hámarks VDS er DC spennan auk hvers kyns spennutoppa og gára sem kunna að vera til staðar í hringrásinni. Til dæmis, ef þú notar 30V tæki á 30V aflgjafa með 100mV, 5ns toppi, mun spennan fara yfir algjör hámarksmörk tækisins og tækið gæti farið í snjóflóðaham. Í þessu tilviki er ekki hægt að tryggja áreiðanleika MOSFET. Við háan hita getur hitastuðullinn breytt sundurliðunarspennunni verulega. Til dæmis hafa sumir N-rásar MOSFETs með spennustigið 600V jákvæðan hitastuðul. Þegar þeir nálgast hámarkshitastig mótamótanna veldur hitastuðullinn því að þessir MOSFETs hegða sér eins og 650V MOSFETs. Hönnunarreglur margra MOSFET notenda krefjast 10% til 20% niðurfellingarstuðuls. Í sumum hönnunum, með hliðsjón af því að raunveruleg bilunarspenna er 5% til 10% hærri en nafngildið við 25°C, verður samsvarandi gagnleg hönnunarmörk bætt við raunverulega hönnun, sem er mjög gagnleg fyrir hönnunina. Jafn mikilvægt fyrir rétt val á MOSFET-tækjum er að skilja hlutverk hliðaruppsprettuspennunnar VGS meðan á leiðsluferlinu stendur. Þessi spenna er spennan sem tryggir fulla leiðni MOSFET undir tilteknu hámarks RDS(on) ástandi. Þess vegna er á-viðnámið alltaf tengt VGS-stiginu og það er aðeins á þessari spennu sem hægt er að kveikja á tækinu. Mikilvæg hönnunarafleiðing er að þú getur ekki kveikt að fullu á MOSFET með lægri spennu en lágmarks VGS sem notað er til að ná RDS(on) einkunninni. Til dæmis, til að keyra MOSFET að fullu með 3,3V örstýringu þarftu að geta kveikt á MOSFET á VGS=2,5V eða lægri.
On-resistance, hliðarhleðsla og „verðmæti“
Á-viðnám MOSFET er alltaf ákvarðað við eina eða fleiri hlið-til-uppsprettu spennu. Hámarks RDS(on) mörk geta verið 20% til 50% hærri en dæmigerð gildi. Hámarksmörk RDS(on) vísa venjulega til gildisins við mótshitastig sem er 25°C. Við hærra hitastig getur RDS(on) aukist um 30% til 150%, eins og sýnt er á mynd 1. Þar sem RDS(on) breytist með hitastigi og ekki er hægt að tryggja lágmarksviðnám, er ekki hægt að greina straum sem byggist á RDS(on). mjög nákvæm aðferð.
Mynd 1 RDS(on) hækkar með hitastigi á bilinu 30% til 150% af hámarks vinnsluhita
Á-viðnám er mjög mikilvægt fyrir bæði N-rás og P-rás MOSFET. Þegar skipt er um aflgjafa er Qg lykilviðmiðun fyrir N-rása MOSFET sem notaðir eru til að skipta um aflgjafa vegna þess að Qg hefur áhrif á skiptap. Þetta tap hefur tvenns konar áhrif: annað er skiptingartíminn sem hefur áhrif á kveikt og slökkt á MOSFET; hitt er orkan sem þarf til að hlaða hliðarrýmdina í hverju skiptiferli. Eitt sem þarf að hafa í huga er að Qg er háð spennu hliðaruppsprettu, jafnvel þó að notkun lægri Vgs dragi úr skiptitapi. Sem fljótleg leið til að bera saman MOSFETs sem ætlaðir eru til notkunar í skiptingarforritum nota hönnuðir oft eintölu formúlu sem samanstendur af RDS(on) fyrir leiðartap og Qg fyrir skiptap: RDS(on)xQg. Þessi „verðleikatala“ (FOM) dregur saman afköst tækisins og gerir MOSFET kleift að bera saman hvað varðar dæmigerð eða hámarksgildi. Til að tryggja nákvæman samanburð milli tækja þarftu að ganga úr skugga um að sama VGS sé notað fyrir RDS(on) og Qg og að dæmigerðum og hámarksgildum sé ekki blandað saman í útgáfunni. Lægra FOM mun gefa þér betri árangur við að skipta um forrit, en það er ekki tryggt. Bestu samanburðarniðurstöðurnar fást aðeins í raunverulegri hringrás og í sumum tilfellum gæti þurft að fínstilla hringrásina fyrir hvern MOSFET. Málstraumur og afldreifing, byggt á mismunandi prófunarskilyrðum, eru flestir MOSFET-tæki með einn eða fleiri samfellda frárennslisstrauma í gagnablaðinu. Þú ættir að skoða gagnablaðið vandlega til að komast að því hvort einkunnin sé við tilgreint hitastig (td TC=25°C) eða umhverfishitastig (td TA=25°C). Hvert þessara gilda skiptir mestu máli fer eftir eiginleikum tækisins og notkun (sjá mynd 2).
Mynd 2 Öll algild hámarksstraumur og aflgildi eru raunveruleg gögn
Fyrir lítil yfirborðsfestingartæki sem notuð eru í handfestum tækjum gæti mest viðeigandi straumstigið verið það við umhverfishita sem er 70°C. Fyrir stóran búnað með hitakössum og þvinguðum loftkælingu, gæti straumstigið við TA=25℃ verið nær raunverulegu ástandi. Í sumum tækjum þolir deyjan meiri straum við hámarkshitastig á mótum en pakkningamörkin. Í sumum gagnablöðum er þetta "deyja-takmarkaða" núverandi stig viðbótarupplýsingar við "pakkatakmarkaða" núverandi stig, sem getur gefið þér hugmynd um styrkleika teningsins. Svipuð sjónarmið eiga við um stöðuga afldreifingu, sem fer ekki aðeins eftir hitastigi heldur einnig á tíma. Ímyndaðu þér tæki sem starfar stöðugt við PD=4W í 10 sekúndur við TA=70℃. Hvað telst „samfellt“ tímabil mun vera breytilegt eftir MOSFET pakkanum, þannig að þú vilt nota staðlaða hitauppstreymi skammvinnviðnámsritið úr gagnablaðinu til að sjá hvernig afldreifingin lítur út eftir 10 sekúndur, 100 sekúndur eða 10 mínútur . Eins og sést á mynd 3 er hitaviðnámsstuðull þessa sérhæfða tækis eftir 10 sekúndna púls um það bil 0,33, sem þýðir að þegar pakkinn nær hitamettun eftir um það bil 10 mínútur er hitaleiðnigeta tækisins aðeins 1,33W í stað 4W . Þó að hitaleiðnigeta tækisins geti náð um 2W við góða kælingu.
Mynd 3 Hitaviðnám MOSFET þegar kraftpúls er beitt
Reyndar getum við skipt því hvernig á að velja MOSFET í fjögur skref.
Fyrsta skrefið: veldu N rás eða P rás
Fyrsta skrefið í að velja rétta tækið fyrir hönnunina þína er að ákveða hvort nota eigi N-rás eða P-rás MOSFET. Í dæmigerðri orkunotkun, þegar MOSFET er tengdur við jörðu og álagið er tengt við netspennuna, myndar MOSFET lághliðarrofann. Í lághliðarrofanum ætti að nota N-rása MOSFETs vegna íhugunar um spennuna sem þarf til að slökkva eða kveikja á tækinu. Þegar MOSFET er tengt við strætó og hleðst á jörðu er notaður rofi á hæð. P-rásar MOSFET eru venjulega notaðir í þessari staðfræði, sem er einnig vegna spennudrifssjónarmiða. Til að velja rétta tækið fyrir forritið þitt verður þú að ákvarða spennuna sem þarf til að keyra tækið og auðveldasta leiðin til að gera það í hönnun þinni. Næsta skref er að ákvarða nauðsynlega spennueinkunn eða hámarksspennu sem tækið þolir. Því hærra sem spennustigið er, því meiri kostnaður við tækið. Samkvæmt hagnýtri reynslu ætti málspennan að vera hærri en netspennan eða strætóspennan. Þetta mun veita nægilega vernd svo að MOSFET bili ekki. Þegar MOSFET er valið er nauðsynlegt að ákvarða hámarksspennu sem hægt er að þola frá holræsi til uppsprettu, það er hámarks VDS. Það er mikilvægt að vita að hámarksspenna sem MOSFET þolir breytingar með hitastigi. Hönnuðir verða að prófa spennubreytingar á öllu rekstrarhitasviðinu. Málspennan verður að hafa næga svigrúm til að ná yfir þetta breytisvið til að tryggja að hringrásin muni ekki bila. Aðrir öryggisþættir sem hönnunarverkfræðingar þurfa að hafa í huga eru spennustraumar sem orsakast af því að skipta um rafeindatækni eins og mótora eða spennubreyta. Málspenna er mismunandi fyrir mismunandi forrit; venjulega, 20V fyrir færanleg tæki, 20-30V fyrir FPGA aflgjafa og 450-600V fyrir 85-220VAC forrit.
Skref 2: Ákvarðaðu nafnstrauminn
Annað skrefið er að velja núverandi einkunn MOSFET. Það fer eftir uppsetningu hringrásarinnar, þessi málstraumur ætti að vera hámarksstraumur sem álagið þolir undir öllum kringumstæðum. Svipað og spennuástandið verður hönnuðurinn að tryggja að MOSFET sem valinn er þoli þessa straumeinkunn, jafnvel þegar kerfið framleiðir strauma. Tvö straumskilyrðin sem tekin eru til greina eru samfelld hamur og púlsauki. Í stöðugri leiðniham er MOSFET í stöðugu ástandi, þar sem straumur flæðir stöðugt í gegnum tækið. Púls toppur vísar til mikillar bylgju (eða toppstraums) sem flæðir í gegnum tækið. Þegar hámarksstraumur við þessar aðstæður hefur verið ákveðinn er einfaldlega spurning um að velja tæki sem ræður við þennan hámarksstraum. Eftir að nafnstraumurinn hefur verið valinn verður einnig að reikna leiðartapið. Í raunverulegum aðstæðum er MOSFET ekki tilvalið tæki vegna þess að það er raforkutap meðan á leiðsluferlinu stendur, sem er kallað leiðnistap. MOSFET hegðar sér eins og breytilegur viðnám þegar hann er „kveiktur“, sem ákvarðast af RDS(ON) tækisins og breytist verulega með hitastigi. Hægt er að reikna út rafmagnstap tækisins með Iload2×RDS(ON). Þar sem á-viðnámið breytist með hitastigi mun orkutapið einnig breytast hlutfallslega. Því hærri sem spennan VGS er sett á MOSFET, því minni verður RDS(ON); öfugt, því hærra sem RDS(ON) verður. Fyrir kerfishönnuðinn, þetta er þar sem málamiðlanir koma inn eftir kerfisspennu. Fyrir flytjanlega hönnun er auðveldara (og algengara) að nota lægri spennu, en fyrir iðnaðarhönnun er hægt að nota hærri spennu. Athugaðu að RDS(ON) viðnámið mun hækka lítillega með straumnum. Breytingar á ýmsum rafmagnsbreytum RDS(ON) viðnámsins má finna í tæknigagnablaðinu sem framleiðandinn lætur í té. Tæknin hefur veruleg áhrif á eiginleika tækisins, vegna þess að sum tækni hefur tilhneigingu til að auka RDS(ON) þegar hámarks VDS hækkar. Fyrir slíka tækni, ef þú ætlar að draga úr VDS og RDS(ON), þarftu að auka flísastærðina og auka þannig samsvarandi pakkningastærð og tengdan þróunarkostnað. Það eru nokkrir tæknir í iðnaðinum sem reyna að stjórna aukningu á flísastærð, sú mikilvægasta er rás- og hleðslujöfnunartækni. Í skurðartækni er djúpur skurður felldur inn í skífuna, venjulega frátekinn fyrir lágspennu, til að draga úr á-viðnám RDS(ON). Til þess að draga úr áhrifum hámarks VDS á RDS(ON) var notað epitaxial vaxtarsúlu/ætingarsúluferli í þróunarferlinu. Til dæmis hefur Fairchild Semiconductor þróað tækni sem kallast SuperFET sem bætir við viðbótarframleiðsluskrefum fyrir RDS(ON) minnkun. Þessi áhersla á RDS(ON) er mikilvæg vegna þess að þegar sundurliðunarspenna venjulegs MOSFET eykst, eykst RDS(ON) veldisvísis og leiðir til aukningar á deyjastærð. SuperFET ferlið breytir veldissambandi milli RDS(ON) og oblátastærðar í línulegt samband. Þannig geta SuperFET tæki náð fullkomnu lágu RDS(ON) í litlum deyjastærðum, jafnvel með bilunarspennu allt að 600V. Niðurstaðan er sú að hægt er að minnka oblátastærð um allt að 35%. Fyrir endanotendur þýðir þetta verulega minnkun á pakkningastærð.
Skref þrjú: Ákvarða hitauppstreymi
Næsta skref við að velja MOSFET er að reikna út hitauppstreymi kerfisins. Hönnuðir verða að íhuga tvær mismunandi aðstæður, versta tilfelli og raunveruleikasviðið. Mælt er með því að nota versta útreikningsniðurstöðuna, því þessi niðurstaða veitir meiri öryggisbil og tryggir að kerfið bili ekki. Það eru líka nokkur mæligögn sem þarfnast athygli á MOSFET gagnablaðinu; eins og hitauppstreymi milli hálfleiðaramóta pakkaðs tækis og umhverfisins og hámarkshitastig tengisins. Hitastig tækisins er jafnt og hámarkshitastig umhverfisins að viðbættum afurð hitauppstreymis og afldreifingar (tengihitastig = hámarks umhverfishiti + [varmaviðnám × afldreifingu]). Samkvæmt þessari jöfnu er hægt að leysa hámarksaflsdreifingu kerfisins sem er jafnt og I2×RDS(ON) samkvæmt skilgreiningu. Þar sem hönnuðurinn hefur ákveðið hámarksstrauminn sem fer í gegnum tækið er hægt að reikna út RDS(ON) við mismunandi hitastig. Rétt er að taka fram að þegar fjallað er um einföld hitauppstreymilíkön verða hönnuðir einnig að huga að varmagetu hálfleiðaratengis/tækjahylkisins og tilfelli/umhverfis; þetta krefst þess að prentborðið og pakkningin hitni ekki strax. Snjóflóðabilun þýðir að öfugspennan á hálfleiðarabúnaðinum fer yfir hámarksgildi og myndar sterkt rafsvið til að auka strauminn í tækinu. Þessi straumur mun dreifa afli, hækka hitastig tækisins og hugsanlega skemma tækið. Hálfleiðarafyrirtæki munu framkvæma snjóflóðaprófanir á tækjum, reikna út snjóflóðaspennu þeirra eða prófa styrkleika tækisins. Það eru tvær aðferðir til að reikna út metna snjóflóðaspennu; önnur er tölfræðileg aðferð og hin er varmaútreikningur. Hitaútreikningur er mikið notaður vegna þess að hann er hagnýtari. Mörg fyrirtæki hafa veitt upplýsingar um tækjaprófanir sínar. Til dæmis, Fairchild Semiconductor veitir "Power MOSFET Avalanche Guidelines" (Power MOSFET Avalanche Guidelines-hægt að hlaða niður af Fairchild vefsíðunni). Auk tölvunar hefur tæknin einnig mikil áhrif á snjóflóðaáhrifin. Til dæmis eykur stærð deyja við snjóflóðaþol og eykur að lokum styrkleika tækisins. Fyrir endanotendur þýðir þetta að nota stærri pakka í kerfinu.
Skref 4: Ákvarða árangur rofa
Lokaskrefið í því að velja MOSFET er að ákvarða skiptiafköst MOSFET. Það eru margar breytur sem hafa áhrif á afköst rofsins, en þær mikilvægustu eru hlið/rennsli, hlið/uppspretta og holræsi/uppspretta rýmd. Þessir þéttar skapa rofatap í tækinu vegna þess að þeir eru hlaðnir í hvert skipti sem þeir skipta. Rofi hraði MOSFET minnkar því og skilvirkni tækisins minnkar einnig. Til að reikna út heildartap í tæki við skiptingu verður hönnuður að reikna út tapið þegar kveikt er á (Eon) og tapið við slökkt (Eoff). Hægt er að tjá heildarafl MOSFET rofans með eftirfarandi jöfnu: Psw=(Eon+Eoff)×rofitíðni. Hliðarhleðslan (Qgd) hefur mest áhrif á afköst skipta. Byggt á mikilvægi skiptaframmistöðu er stöðugt verið að þróa nýja tækni til að leysa þetta skiptavandamál. Aukin flísastærð eykur hliðarhleðslu; þetta eykur stærð tækisins. Til að draga úr skiptatapi hefur ný tækni eins og oxun á rásþykkum botni komið fram, sem miðar að því að draga úr hliðarhleðslu. Til dæmis getur nýja tæknin SuperFET lágmarkað leiðnistap og bætt afköst rofa með því að draga úr RDS(ON) og hliðarhleðslu (Qg). Þannig geta MOSFETs tekist á við háhraða spennustrauma (dv/dt) og straumstrauma (di/dt) við skiptingu og geta jafnvel starfað á áreiðanlegan hátt við hærri skiptitíðni.
Birtingartími: 23. október 2023
