Piranti semikonduktor daya akeh digunakake ing industri, konsumsi, militer lan lapangan liyane, lan duwe posisi strategis sing dhuwur. Ayo deleng gambar sakabèhé piranti daya saka gambar:
Piranti semikonduktor daya bisa dipérang dadi jinis lengkap, jinis semi-kontrol lan jinis non-kontrol miturut tingkat kontrol sinyal sirkuit. Utawa miturut sifat sinyal saka sirkuit nyopir, bisa dipérang dadi jinis voltase-mimpin, jinis saiki-mimpin, etc.
| Klasifikasi | jinis | Piranti semikonduktor daya tartamtu |
| Kontrol sinyal listrik | Tipe semi-kontrol | SCR |
| Kontrol lengkap | GTO, GTR, MOSFET, IGBT | |
| Ora bisa dikendhaleni | Dioda Daya | |
| Sifat sinyal nyopir | Tipe voltase didorong | IGBT, MOSFET, SITH |
| Tipe sing didorong saiki | SCR, GTO, GTR | |
| Bentuk gelombang sinyal sing efektif | Tipe pemicu pulsa | SCR, GTO |
| Tipe kontrol elektronik | GTR, MOSFET, IGBT | |
| Kahanan ing ngendi elektron mawa arus melu | piranti bipolar | Power Diode, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| Piranti unipolar | MOSFET, SIT | |
| Piranti komposit | MCT, IGBT, SITH lan IGCT |
Piranti semikonduktor daya sing beda duwe ciri sing beda kayata voltase, kapasitas saiki, kemampuan impedansi, lan ukuran. Ing panggunaan nyata, piranti sing cocog kudu dipilih miturut lapangan lan kabutuhan sing beda.
Industri semikonduktor wis liwat telung generasi owah-owahan materi wiwit lair. Nganti saiki, bahan semikonduktor pisanan sing diwakili dening Si isih digunakake utamane ing piranti semikonduktor daya.
| Bahan semikonduktor | Bandgap (eV) | Titik lebur (K) | aplikasi utama | |
| Bahan semikonduktor generasi 1 | Ge | 1.1 | 1221 | Tegangan rendah, frekuensi rendah, transistor daya medium, detektor foto |
| Bahan semikonduktor generasi kaping 2 | Si | 0.7 | 1687 | |
| Bahan semikonduktor generasi kaping 3 | GaAs | 1.4 | 1511 | Microwave, piranti gelombang milimeter, piranti pemancar cahya |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. Suhu dhuwur, frekuensi dhuwur, piranti daya dhuwur sing tahan radiasi 2. Biru, kelas, violet dioda pemancar cahya, laser semikonduktor | |
| Gan | 3.4 | 1973 | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | > 3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 | ||
Ringkesan karakteristik piranti daya semi-kontrol lan kontrol lengkap:
| Jinis piranti | SCR | GTR | MOSFET | IGBT |
| Tipe kontrol | Pemicu pulsa | Kontrol saiki | kontrol voltase | pusat film |
| baris mateni dhewe | Mateni komutasi | piranti mateni dhewe | piranti mateni dhewe | piranti mateni dhewe |
| frekuensi kerja | <1khz | <30khz | 20khz-Mhz | <40 kHz |
| Daya nyopir | cilik | gedhe | cilik | cilik |
| ngoper losses | gedhe | gedhe | gedhe | gedhe |
| mundhut konduksi | cilik | cilik | gedhe | cilik |
| Tegangan lan tingkat saiki | 最大 | gedhe | minimal | liyane |
| Aplikasi khas | Pemanasan induksi frekuensi medium | Konverter frekuensi UPS | ngalih sumber daya | Konverter frekuensi UPS |
| regane | paling ngisor | ngisor | ing tengah | Paling larang |
| efek modulasi konduktansi | duwe | duwe | ora ana | duwe |
Ngerti MOSFET
MOSFET nduweni impedansi input sing dhuwur, gangguan sing kurang, lan stabilitas termal sing apik; nduweni proses manufaktur sing prasaja lan radiasi sing kuwat, mula biasane digunakake ing sirkuit amplifier utawa sirkuit switching;
(1) Parameter pilihan utama: tegangan sumber saluran VDS (tegangan tahan), arus bocor terus ID, resistensi RDS (on), kapasitansi input Ciss (kapasitansi persimpangan), faktor kualitas FOM = Ron * Qg, lsp.
(2) Miturut pangolahan beda, iku dipérang dadi TrenchMOS: trench MOSFET, utamané ing lapangan voltase kurang ing 100V; SGT (Split Gate) MOSFET: pamisah gapura MOSFET, utamané ing medium lan kurang voltase lapangan ing 200V; SJ MOSFET: super prapatan MOSFET, utamané ing High voltase lapangan 600-800V;
Ing sumber daya switching, kayata sirkuit mbukak-saluran, saluran disambungake menyang beban utuh, sing diarani saluran mbukak. Ing sirkuit mbukak-saluran, ora ketompo carane dhuwur voltase mbukak disambungake, mbukak saiki bisa diuripake lan mateni. Iku piranti ngoper analog becik. Iki minangka prinsip MOSFET minangka piranti switching.
Ing babagan pangsa pasar, MOSFET meh kabeh dikonsentrasi ing tangan manufaktur internasional utama. Ing antarane, Infineon entuk IR (American International Rectifier Company) ing taun 2015 lan dadi pimpinan industri. ON Semiconductor uga ngrampungake akuisisi Fairchild Semiconductor ing September 2016. , pangsa pasar mlumpat menyang posisi kaping pindho, banjur peringkat sales padha Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna, etc.;
Merek MOSFET mainstream dipérang dadi sawetara seri: Amérika, Jepang lan Korea.
seri Amérika: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS, etc.;
Jepang: Toshiba, Renesas, ROHM, lsp;
Seri Korea: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
Kategori paket MOSFET
Miturut cara diinstal ing Papan PCB, ana rong jinis utama paket MOSFET: plug-in (Liwat Lubuk) lan lumahing Gunung (Surface Mount). |
Tipe plug-in tegese lencana MOSFET liwat bolongan sing dipasang ing papan PCB lan dilas menyang papan PCB. Paket plug-in umum kalebu: paket dual in-line (DIP), paket outline transistor (TO), lan paket array pin grid (PGA).
Kemasan plug-in
Lumahing soyo tambah ngendi MOSFET lencana lan boros panas flange gandheng menyang bantalan ing lumahing Papan PCB. Paket pemasangan permukaan umum kalebu: transistor outline (D-PAK), small outline transistor (SOT), small outline package (SOP), quad flat package (QFP), plastic lead chip carrier (PLCC), etc.
paket lumahing gunung
Kanthi pangembangan teknologi, Papan PCB kayata motherboard lan kertu grafis saiki nggunakake kurang lan kurang langsung plug-in packaging, lan lumahing Gunung packaging liyane digunakake.
1. Paket dual in-line (DIP)
Paket DIP duwe rong larik pin lan kudu dilebokake menyang soket chip kanthi struktur DIP. Metode derivasi yaiku SDIP (Shrink DIP), yaiku paket shrink double-in-line. Kapadhetan pin 6 kaping luwih dhuwur tinimbang DIP.
Wangun struktur kemasan DIP kalebu: multi-layer keramik dual-in-line DIP, single-layer keramik dual-in-line DIP, lead frame DIP (kalebu jinis kaca-keramik sealing, jinis struktur enkapsulasi plastik, keramik enkapsulasi kaca leleh rendah. jinis) etc.. Karakteristik packaging DIP iku bisa gampang éling liwat-bolongan welding Boards PCB lan wis kompatibilitas apik karo motherboard.
Nanging, amarga wilayah packaging lan kekandelan relatif gedhe, lan lencana gampang rusak sak plugging lan proses unplugging, linuwih miskin. Ing wektu sing padha, amarga pengaruh proses kasebut, jumlah pin umume ora ngluwihi 100. Mulane, ing proses integrasi dhuwur saka industri elektronik, kemasan DIP wis mboko sithik mundur saka tahap sejarah.
2. Paket Outline Transistor (TO)
Spesifikasi kemasan awal, kayata TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251, lan sapiturute kabeh iku desain kemasan plug-in.
TO-3P/247: Iku wangun packaging umum digunakake kanggo medium-dhuwur voltase lan dhuwur-saiki MOSFETs. Produk kasebut nduweni karakteristik voltase tahan dhuwur lan resistensi rusak sing kuat. |
TO-220/220F: TO-220F iku paket kebak plastik, lan ana ora perlu kanggo nambah insulating pad nalika nginstal ing radiator; TO-220 wis sheet logam disambungake menyang pin tengah, lan pad insulating dibutuhake nalika nginstal radiator. MOSFET saka rong gaya paket iki nduweni penampilan sing padha lan bisa digunakake kanthi ganti. |
TO-251: Produk rangkep iki utamane digunakake kanggo nyuda biaya lan nyuda ukuran produk. Utamane digunakake ing lingkungan kanthi voltase medium lan arus dhuwur ing ngisor 60A lan voltase dhuwur ing ngisor 7N. |
TO-92: Paket iki mung digunakake kanggo MOSFET voltase kurang (saiki ngisor 10A, tahan voltase ngisor 60V) lan voltase dhuwur 1N60/65, kanggo ngurangi biaya.
Ing taun-taun pungkasan, amarga biaya pengelasan sing dhuwur saka proses kemasan plug-in lan kinerja boros panas sing luwih murah kanggo produk jinis patch, permintaan ing pasar gunung permukaan terus saya tambah, sing uga nyebabake pangembangan kemasan TO. menyang permukaan mount packaging.
TO-252 (uga disebut D-PAK) lan TO-263 (D2PAK) iku loro paket gunung permukaan.
TO paket tampilan produk
TO252 / D-PAK minangka paket chip plastik, sing umum digunakake kanggo kemasan transistor daya lan chip stabilisasi voltase. Iki minangka salah sawijining paket utama saiki. MOSFET nggunakake metode kemasan iki nduweni telung elektroda, gerbang (G), saluran (D), lan sumber (S). Pin saluran (D) dipotong lan ora digunakake. Nanging, sink panas ing mburi digunakake minangka saluran (D), kang langsung gandheng menyang PCB. Ing tangan siji, digunakake kanggo output arus gedhe, lan ing tangan liyane, iku dissipates panas liwat PCB. Mulane, ana telung bantalan D-PAK ing PCB, lan saluran (D) pad luwih gedhe. Spesifikasi kemasannya adalah sebagai berikut:
Spesifikasi ukuran paket TO-252/D-PAK
TO-263 minangka varian saka TO-220. Utamane dirancang kanggo nambah efisiensi produksi lan boros panas. Ndhukung arus lan voltase sing dhuwur banget. Luwih umum ing MOSFET arus dhuwur voltase medium ing ngisor 150A lan ndhuwur 30V. Saliyane D2PAK (TO-263AB), uga kalebu TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 lan gaya liyane, sing ana ing ngisor TO-263, utamane amarga nomer lan jarak pin sing beda. .
Spesifikasi ukuran paket TO-263/D2PAKs
3. Paket Pin grid array (PGA)
Ana sawetara pin kothak kothak nang lan njaba chip PGA (Pin Grid Array Package). Saben pin kothak kothak disusun ing kadohan tartamtu watara chip. Gumantung saka jumlah pin, bisa dibentuk dadi 2 nganti 5 bunderan. Sajrone instalasi, mung masang chip menyang soket PGA khusus. Nduweni kaluwihan gampang plugging lan unplugging lan linuwih dhuwur, lan bisa adaptasi kanggo frekuensi sing luwih dhuwur.
Gaya paket PGA
Umume substrat chip digawe saka bahan keramik, lan sawetara nggunakake resin plastik khusus minangka landasan. Ing babagan teknologi, jarak tengah pin biasane 2.54mm, lan jumlah pin antara 64 nganti 447. Karakteristik kemasan iki yaiku sing luwih cilik area kemasan (volume), konsumsi daya sing luwih murah (kinerja). ) bisa tahan, lan kosok balene. Gaya kemasan kripik iki luwih umum ing jaman wiwitan, lan biasane digunakake kanggo kemasan produk konsumsi daya dhuwur kayata CPU. Contone, Intel kang 80486 lan Pentium kabeh nggunakake gaya packaging iki; iku ora digunakake digunakake dening manufaktur MOSFET.
4. Paket Transistor Outline Cilik (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) yaiku paket transistor daya cilik tipe patch, utamane kalebu SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (IE SOT23-5), lan liya-liyane. diturunake, sing ukurane luwih cilik tinimbang paket TO.
Jenis paket SOT
SOT23 minangka paket transistor sing umum digunakake kanthi telung pin wing-shaped, yaiku kolektor, emitor lan basa, sing kadhaptar ing loro-lorone sisih dawa komponen kasebut. Antarane wong-wong mau, emitor lan basa ana ing sisih sing padha. Padha umum ing transistor kurang daya, transistor efek lapangan lan transistor komposit karo jaringan resistor. Padha duwe kekuatan apik nanging solderability miskin. Tampilan ditampilake ing Gambar (a) ing ngisor iki.
SOT89 wis telung lencana cendhak mbagekke ing sisih siji saka transistor. Sisih liyane yaiku sink panas logam sing disambungake menyang pangkalan kanggo nambah kemampuan boros panas. Umume ing transistor gunung permukaan daya silikon lan cocog kanggo aplikasi daya sing luwih dhuwur. Tampilan ditampilake ing Gambar (b) ing ngisor iki. |
SOT143 duwe papat pin wing-shaped cendhak, kang mimpin metu saka loro-lorone. Pungkasan pin sing luwih akeh yaiku kolektor. Jinis paket iki umum ing transistor frekuensi dhuwur, lan katon ing Gambar (c) ngisor. |
SOT252 punika transistor daya dhuwur karo telung pin anjog saka sisih siji, lan pin tengah luwih cendhek lan Penagih. Nyambung menyang pin luwih gedhe ing mburi liyane, kang sheet tembaga kanggo boros panas, lan katon minangka ditampilake ing Figure (d) ngisor.
Perbandingan tampilan paket SOT umum
SOT-89 MOSFET papat terminal biasane digunakake ing motherboard. Spesifikasi lan ukurane kaya ing ngisor iki:
Spesifikasi ukuran MOSFET SOT-89 (unit: mm)
5. Paket Outline Cilik (SOP)
SOP (Paket Out-Line Cilik) iku salah siji saka paket gunung lumahing, uga disebut SOL utawa DFP. Pin digambar metu saka loro-lorone saka paket ing wangun swiwi seagull (L wangun). Bahan kasebut yaiku plastik lan keramik. Standar kemasan SOP kalebu SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28, lsp. Nomer sawise SOP nuduhake jumlah pin. Umume paket SOP MOSFET nggunakake spesifikasi SOP-8. Industri asring ngilangi "P" lan disingkat SO (Small Out-Line).
Ukuran paket SOP-8
SO-8 pisanan dikembangake dening PHILIP Company. Iku wis rangkep ing plastik, wis ora boros panas piring ngisor, lan wis boros panas miskin. Umume digunakake kanggo MOSFET sing kurang daya. Mengko, spesifikasi standar kayata TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP), lsp. antarane wong-wong mau, TSOP lan TSSOP umume digunakake ing MOSFET packaging.
Spesifikasi turunan SOP sing umum digunakake kanggo MOSFET
6. Paket Quad Flat (QFP)
Jarak antarane pin chip ing paket QFP (Paket Datar Kotak Plastik) cilik banget lan pin banget tipis. Biasane digunakake ing sirkuit terpadu gedhe-ukuran utawa Ultra-gedhe, lan nomer lencana umume luwih saka 100. Kripik rangkep ing wangun iki kudu nggunakake teknologi solder lumahing SMT kanggo solder chip kanggo motherboard. Cara kemasan iki nduweni papat ciri utama: ① Cocog kanggo teknologi pemasangan permukaan SMD kanggo nginstal kabel ing papan sirkuit PCB; ② Cocog kanggo panggunaan frekuensi dhuwur; ③ Iku gampang kanggo operate lan nduweni linuwih dhuwur; ④ Rasio antarane area chip lan area kemasan cilik. Kaya metode kemasan PGA, metode kemasan iki mbungkus chip ing bungkus plastik lan ora bisa ngilangi panas sing ditimbulake nalika chip digunakake kanthi tepat wektu. Iki mbatesi perbaikan kinerja MOSFET; lan kemasan plastik dhewe nambah ukuran piranti, sing ora nyukupi syarat kanggo pangembangan semikonduktor kanthi arah sing entheng, tipis, cendhak, lan cilik. Kajaba iku, metode kemasan jinis iki adhedhasar siji chip, sing duwe masalah efisiensi produksi sing kurang lan biaya kemasan sing dhuwur. Mulane, QFP luwih cocok kanggo digunakake ing logika digital sirkuit LSI kayata microprocessors / gapura susunan, lan uga cocok kanggo packaging analog produk sirkuit LSI kayata Processing sinyal VTR lan Processing sinyal audio.
7. Paket Quad flat tanpa lead (QFN)
Paket QFN (Quad Flat Non-leaded package) dilengkapi kontak elektroda ing kabeh papat sisi. Amarga ora ana timbal, area sing dipasang luwih cilik tinimbang QFP lan dhuwure luwih murah tinimbang QFP. Antarane wong-wong mau, keramik QFN uga disebut LCC (Leadless Chip Carriers), lan murah-biaya plastik QFN nggunakake kaca resin epoxy dicithak bahan dasar landasan disebut plastik LCC, PCLC, P-LCC, etc. Iku lumahing muncul gunung packaging chip teknologi karo ukuran pad cilik, volume cilik, lan plastik minangka bahan sealing. QFN utamané digunakake kanggo packaging sirkuit terpadu, lan MOSFET ora bakal digunakake. Nanging, amarga Intel ngajokaken driver terpadu lan solusi MOSFET, dibukak DrMOS ing paket QFN-56 ("56" nuduhake 56 pin sambungan ing mburi chip).
Perlu dicathet menawa paket QFN nduweni konfigurasi timbal eksternal sing padha karo paket outline cilik ultra-tipis (TSSOP), nanging ukurane 62% luwih cilik tinimbang TSSOP. Miturut data modeling QFN, kinerja termal 55% luwih dhuwur tinimbang kemasan TSSOP, lan kinerja listrik (induktansi lan kapasitansi) 60% lan 30% luwih dhuwur tinimbang kemasan TSSOP. Kerugian paling gedhe yaiku angel kanggo ndandani.
DrMOS ing paket QFN-56
Traditional discrete DC / DC step-down switching power supply ora bisa nyukupi syarat kanggo Kapadhetan daya sing luwih dhuwur, utawa bisa ngatasi masalah efek parameter parasit ing frekuensi ngoper dhuwur. Kanthi inovasi lan kemajuan teknologi, wis dadi kasunyatan kanggo nggabungake driver lan MOSFET kanggo mbangun modul multi-chip. Cara integrasi iki bisa ngirit ruang lan nambah Kapadhetan konsumsi daya. Liwat optimalisasi driver lan MOSFET, wis dadi kasunyatan. Efisiensi daya lan arus DC sing berkualitas tinggi, iki minangka IC driver terpadu DrMOS.
Renesas generasi 2 DrMOS
Paket tanpa timbal QFN-56 ndadekake impedansi termal DrMOS kurang banget; kanthi ikatan kabel internal lan desain klip tembaga, kabel PCB eksternal bisa diminimalisir, saéngga nyuda induktansi lan resistensi. Kajaba iku, proses MOSFET silikon saluran jero sing digunakake uga bisa nyuda konduksi, ngoper lan kerugian muatan gerbang; kompatibel karo macem-macem pengontrol, bisa entuk mode operasi sing beda, lan ndhukung mode konversi fase aktif APS (Auto Phase Switching). Saliyane packaging QFN, bilateral flat no-lead packaging (DFN) uga minangka proses kemasan elektronik anyar sing wis akeh digunakake ing macem-macem komponen ON Semiconductor. Dibandhingake karo QFN, DFN duwe elektroda timbal-metu luwih sithik ing loro-lorone.
8. Pembawa Chip Timbal Plastik (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) nduweni wangun persegi lan luwih cilik tinimbang paket DIP. Wis 32 pin karo lencana kabeh watara. Lencana sing mimpin metu saka papat sisih paket ing T-wangun. Iku produk plastik. Jarak tengah pin punika 1,27mm, lan jumlah lencana kisaran saka 18 kanggo 84. Pins J-shaped ora gampang deformed lan luwih gampang kanggo operate saka QFP, nanging pengawasan katon sawise welding luwih angel. Kemasan PLCC cocok kanggo nginstal kabel ing PCB nggunakake teknologi pemasangan permukaan SMT. Nduweni kaluwihan ukuran cilik lan linuwih dhuwur. Kemasan PLCC relatif umum lan digunakake ing logika LSI, DLD (utawa piranti logika program) lan sirkuit liyane. wangun packaging iki asring digunakake ing motherboard BIOS, nanging saiki kurang umum ing MOSFETs.
Enkapsulasi lan perbaikan kanggo perusahaan utama
Amarga tren pangembangan tegangan rendah lan arus dhuwur ing CPU, MOSFET kudu duwe arus output sing gedhe, resistensi kurang, generasi panas sing sithik, boros panas sing cepet, lan ukuran cilik. Saliyane ningkatake teknologi lan proses produksi chip, produsen MOSFET uga terus nambah teknologi kemasan. Ing basis saka kompatibilitas karo specifications tampilan standar, padha propose wangun packaging anyar lan ndhaftar jeneng merek dagang kanggo paket anyar padha dikembangaké.
1、RENESAS WPAK, LFPAK lan paket LFPAK-I
WPAK minangka paket radiasi panas dhuwur sing dikembangake dening Renesas. Kanthi niru paket D-PAK, heat sink chip dilas menyang motherboard, lan panas dibubarake liwat motherboard, supaya paket cilik WPAK uga bisa tekan arus output D-PAK. WPAK-D2 paket loro MOSFET dhuwur / kurang kanggo ngurangi induktansi kabel.
Ukuran paket Renesas WPAK
LFPAK lan LFPAK-I minangka rong paket faktor bentuk cilik liyane sing dikembangake dening Renesas sing kompatibel karo SO-8. LFPAK padha karo D-PAK, nanging luwih cilik tinimbang D-PAK. LFPAK-i nyeleh panas sink munggah kanggo dissipate panas liwat heat sink.
Paket Renesas LFPAK lan LFPAK-I
2. Vishay Power-PAK lan kemasan Polar-PAK
Power-PAK minangka jeneng paket MOSFET sing didaftar dening Vishay Corporation. Power-PAK kalebu rong spesifikasi: Power-PAK1212-8 lan Power-PAK SO-8.
Paket Vishay Power-PAK1212-8
Paket Vishay Power-PAK SO-8
Polar PAK minangka paket cilik kanthi boros panas kaping pindho lan minangka salah sawijining teknologi kemasan inti Vishay. PAK Polar padha karo paket so-8 biasa. Nduwe titik boros ing sisih ndhuwur lan ngisor paket. Iku ora gampang kanggo nglumpukake panas nang paket lan bisa nambah Kapadhetan saiki saka operasi saiki kanggo kaping pindho saka SO-8. Saiki, Vishay wis lisensi teknologi Polar PAK kanggo STMicroelectronics.
Paket Vishay Polar PAK
3. Onsemi SO-8 lan WDFN8 paket timbal warata
ON Semiconductor wis ngembangake rong jinis MOSFET timbal warata, ing antarane timah datar sing kompatibel karo SO-8 digunakake dening akeh papan. ON Semiconductor sing mentas diluncurake NVMx lan NVTx power MOSFET nggunakake paket DFN5 (SO-8FL) lan WDFN8 kompak kanggo nyuda kerugian konduksi. Uga nduweni QG lan kapasitansi sing sithik kanggo nyuda kerugian driver.
ON Paket Semikonduktor SO-8 Flat Lead
Paket ON Semikonduktor WDFN8
4. NXP LFPAK lan kemasan QLPAK
NXP (biyen Philps) wis nambah teknologi kemasan SO-8 dadi LFPAK lan QLPAK. Antarane wong-wong mau, LFPAK dianggep minangka daya paling dipercaya paket SO-8 ing donya; nalika QLPAK nduweni karakteristik ukuran cilik lan efisiensi boros panas sing luwih dhuwur. Dibandhingake karo SO-8 biasa, QLPAK ngenggoni area papan PCB 6 * 5mm lan duwe resistensi termal 1.5k / W.
Paket LFPAK NXP
Kemasan NXP QLPAK
4. Paket ST Semiconductor PowerSO-8
Teknologi kemasan chip MOSFET daya STMicroelectronics kalebu SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK, lan sapiturute. Ing antarane, Power SO-8 minangka versi SO-8 sing luwih apik. Kajaba iku, ana PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 lan paket liyane.
Paket STMicroelectronics Power SO-8
5. Paket Fairchild Semiconductor Power 56
Power 56 minangka jeneng eksklusif Farishild, lan jeneng resmi yaiku DFN5 × 6. Tlatah kemasane bisa dibandhingake karo TSOP-8 sing umum digunakake, lan paket tipis nyimpen dhuwur reresik komponen, lan desain Thermal-Pad ing sisih ngisor nyuda resistensi termal. Mulane, akeh pabrikan piranti daya wis masang DFN5×6.
Paket Fairchild Power 56
6. International Rectifier (IR) paket Direct FET
Direct FET nyedhiyakake cooling ndhuwur sing efisien ing tilas SO-8 utawa luwih cilik lan cocok kanggo aplikasi konversi daya AC-DC lan DC-DC ing komputer, laptop, telekomunikasi lan peralatan elektronik konsumen. Konstruksi kaleng logam DirectFET nyedhiyakake boros panas kaping pindho, kanthi efektif tikel kaping pindho kemampuan nangani konverter DC-DC frekuensi dhuwur dibandhingake karo paket diskrit plastik standar. Paket Direct FET minangka jinis sing dipasang mbalikke, kanthi saluran panas (D) madhep munggah lan ditutupi cangkang logam, ing ngendi panas dibubarake. Kemasan FET langsung ningkatake panyebaran panas lan njupuk papan sing kurang kanthi panyebaran panas sing apik.
ngringkes
Ing mangsa ngarep, minangka industri Manufaktur elektronik terus berkembang ing arah Ultra-tipis, miniaturization, kurang voltase, lan dhuwur saiki, katon lan struktur packaging internal MOSFET uga bakal ngganti kanggo luwih adaptasi kanggo kabutuhan pembangunan Manufaktur. industri. Kajaba iku, kanggo ngedhunake ambang pilihan kanggo manufaktur elektronik, tren pangembangan MOSFET ing arah modularisasi lan kemasan tingkat sistem bakal saya jelas, lan produk bakal berkembang kanthi terkoordinasi saka macem-macem dimensi kayata kinerja lan biaya. . Paket minangka salah sawijining faktor referensi penting kanggo pilihan MOSFET. Produk elektronik sing beda duwe syarat listrik sing beda, lan lingkungan instalasi sing beda uga mbutuhake spesifikasi ukuran sing cocog. Ing pilihan nyata, keputusan kudu digawe miturut kabutuhan nyata miturut prinsip umum. Sawetara sistem elektronik diwatesi kanthi ukuran PCB lan dhuwur internal. Contone, sumber daya modul sistem komunikasi biasane nggunakake paket DFN5 * 6 lan DFN3 * 3 amarga watesan dhuwur; ing sawetara sumber daya ACDC, desain ultra-tipis utawa amarga watesan cangkang cocok kanggo ngrakit MOSFET daya rangkep TO220. Ing wektu iki, lencana bisa langsung dilebokake ing oyod, sing ora cocok kanggo produk kemasan TO247; sawetara designs Ultra-lancip mbutuhake pin piranti mbengkongaken lan glethakaken warata, kang bakal nambah kerumitan pilihan MOSFET.
Cara milih MOSFET
Sawijining insinyur tau ngandhani yen dheweke ora nate ndeleng kaca pisanan saka lembar data MOSFET amarga informasi "praktis" mung katon ing kaca kapindho lan ngluwihi. Sakbenere saben kaca ing lembar data MOSFET ngemot informasi sing penting kanggo para perancang. Nanging ora mesthi jelas babagan cara napsirake data sing diwenehake dening pabrikan.
Artikel iki njlentrehake sawetara spesifikasi utama MOSFET, cara kasebut ing lembar data, lan gambar sing jelas sampeyan kudu ngerti. Kaya piranti elektronik, MOSFET kena pengaruh suhu operasi. Dadi, penting kanggo ngerti kahanan tes sing ditrapake indikator kasebut. Sampeyan uga penting kanggo ngerti apa indikator sing sampeyan deleng ing "Pambuka Produk" minangka nilai "maksimum" utawa "khas", amarga sawetara lembar data ora jelas.
Kelas voltase
Karakteristik utami sing nemtokake MOSFET yaiku VDS voltase sumber saluran, utawa "voltase rusak sumber saluran", yaiku voltase paling dhuwur sing bisa ditahan MOSFET tanpa karusakan nalika gapura dihubungake karo sumber lan arus saluran. punika 250μA. . VDS uga disebut "voltase maksimum absolut ing 25 ° C", nanging iku penting kanggo elinga yen voltase Absolute iki gumantung suhu, lan biasane ana "koefisien suhu VDS" ing sheet data. Sampeyan uga kudu ngerti sing VDS maksimum punika voltase DC plus sembarang spikes voltase lan ripples sing uga ana ing sirkuit. Contone, yen sampeyan nggunakake piranti 30V ing sumber daya 30V karo 100mV, 5ns spike, voltase bakal ngluwihi watesan maksimum Absolute piranti lan piranti bisa mlebu ing mode longsor. Ing kasus iki, linuwih saka MOSFET ora bisa dijamin. Ing suhu dhuwur, koefisien suhu bisa ngganti voltase rusak. Contone, sawetara MOSFET saluran N kanthi rating voltase 600V duwe koefisien suhu positif. Nalika nyedhaki suhu persimpangan maksimum, koefisien suhu nyebabake MOSFET iki tumindak kaya MOSFET 650V. Akeh aturan desain pangguna MOSFET mbutuhake faktor derating 10% nganti 20%. Ing sawetara designs, considering sing voltase risak nyata 5% kanggo 10% luwih dhuwur tinimbang nilai dirating ing 25 ° C, wates desain migunani cocog bakal ditambahake kanggo desain nyata, kang banget ono gunane kanggo desain. Merata penting kanggo pilihan bener MOSFETs ngerti peran saka gerbang-sumber voltase VGS sak proses konduksi. Tegangan iki minangka voltase sing njamin konduksi lengkap MOSFET ing kondisi RDS maksimum (on). Mulane ing-resistance tansah related kanggo tingkat VGS, lan iku mung ing voltase iki piranti bisa diuripake. Konsekuensi desain penting yaiku sampeyan ora bisa nguripake MOSFET kanthi voltase luwih murah tinimbang VGS minimal sing digunakake kanggo entuk rating RDS (ing). Contone, kanggo nyopir MOSFET kanthi lengkap karo mikrokontroler 3.3V, sampeyan kudu bisa ngaktifake MOSFET ing VGS = 2.5V utawa luwih murah.
On-resistance, gate charge, lan "figure of merit"
Ing-resistance saka MOSFET tansah ditemtokake ing siji utawa luwih voltase gerbang-kanggo-sumber. Watesan RDS maksimum (ing) bisa 20% nganti 50% luwih dhuwur tinimbang nilai biasa. Watesan maksimum RDS(on) biasane nuduhake nilai ing suhu persimpangan 25°C. Ing suhu sing luwih dhuwur, RDS (ing) bisa nambah dening 30% kanggo 150%, minangka ditampilake ing Figure 1. Wiwit RDS (ing) owah-owahan karo suhu lan Nilai resistance minimal ora bisa dijamin, ndeteksi saiki adhedhasar RDS (ing) ora. cara sing akurat banget.
Gambar 1 RDS(on) mundhak kanthi suhu ing kisaran 30% nganti 150% saka suhu operasi maksimum
On-resistance penting banget kanggo MOSFET saluran N lan saluran P. Ing ngoper catu daya, Qg minangka kritéria pilihan utama kanggo MOSFET saluran N sing digunakake kanggo ngoper pasokan listrik amarga Qg mengaruhi kerugian ganti. Losses iki duwe loro efek: siji wektu ngoper sing mengaruhi MOSFET lan mateni; liyane iku energi dibutuhake kanggo ngisi kapasitansi gapura sak saben proses ngoper. Siji bab sing kudu dielingake yaiku Qg gumantung saka voltase sumber gerbang, sanajan nggunakake Vgs sing luwih murah nyuda kerugian ganti. Minangka cara cepet kanggo mbandhingaké MOSFETs dimaksudaké kanggo nggunakake aplikasi ngoper, desainer asring nggunakake rumus tunggal dumadi saka RDS (ing) kanggo mundhut konduksi lan Qg kanggo ngoper losses: RDS (ing) xQg. Iki "tokoh saka jasa" (FOM) ngringkes kinerja piranti lan ngidini MOSFET kanggo dibandhingake ing syarat-syarat nilai khas utawa maksimum. Kanggo mesthekake comparison akurat antarane piranti, sampeyan kudu nggawe manawa VGS padha digunakake kanggo RDS (ing) lan Qg, lan sing nilai khas lan maksimum ora kelakon dicampur bebarengan ing publikasi. FOM ngisor bakal menehi kinerja sing luwih apik ing ngoper aplikasi, nanging ora dijamin. Asil comparison paling apik mung bisa dipikolehi ing sirkuit nyata, lan ing sawetara kasus sirkuit bisa uga kudu nggoleki kanggo saben MOSFET. Dirating saiki lan boros daya, adhedhasar kahanan test beda, paling MOSFETs duwe siji utawa luwih saluran saluran terus-terusan ing sheet data. Sampeyan bakal pengin ndeleng lembar data kasebut kanthi teliti kanggo nemtokake manawa rating kasebut ana ing suhu cilik sing ditemtokake (contone TC=25°C), utawa suhu sekitar (contone TA=25°C). Nilai kasebut sing paling cocog bakal gumantung marang karakteristik piranti lan aplikasi (pirsani Gambar 2).
Figure 2 Kabeh nilai saiki lan daya maksimum Absolute data nyata
Kanggo piranti sing dipasang ing permukaan cilik sing digunakake ing piranti genggam, level saiki sing paling relevan bisa uga ing suhu sekitar 70°C. Kanggo peralatan gedhe karo klelep panas lan cooling online dipeksa, tingkat saiki ing TA = 25 ℃ bisa nyedhaki kahanan nyata. Kanggo sawetara piranti, die bisa nangani luwih saiki ing suhu persimpangan maksimum saka watesan paket. Ing sawetara lembar data, level saiki "die-limited" iki minangka informasi tambahan kanggo level saiki "winates paket", sing bisa menehi ide babagan kekokohan die. Pertimbangan sing padha ditrapake kanggo boros daya sing terus-terusan, sing ora mung gumantung ing suhu nanging uga ing wektu. Bayangake piranti sing operasi terus-terusan ing PD = 4W sajrone 10 detik ing TA = 70 ℃. Apa sing dadi periode wektu "terus-terusan" bakal beda-beda adhedhasar paket MOSFET, dadi sampeyan pengin nggunakake plot impedansi transien termal sing dinormalisasi saka lembar data kanggo ndeleng apa boros daya katon sawise 10 detik, 100 detik, utawa 10 menit. . Kaya sing ditampilake ing Gambar 3, koefisien resistensi termal piranti khusus iki sawise pulsa 10 detik kira-kira 0,33, tegese yen paket tekan jenuh termal sawise kira-kira 10 menit, kapasitas boros panas piranti mung 1,33W tinimbang 4W. . Senajan kapasitas boros panas piranti bisa tekan bab 2W ing cooling apik.
Figure 3 Thermal resistance saka MOSFET nalika daya pulsa Applied
Nyatane, kita bisa dibagi carane milih MOSFET dadi papat langkah.
Langkah pisanan: pilih saluran N utawa saluran P
Langkah pisanan kanggo milih piranti sing cocog kanggo desain sampeyan yaiku mutusake nggunakake MOSFET saluran N utawa saluran P. Ing aplikasi daya khas, nalika MOSFET disambungake menyang lemah lan mbukak disambungake menyang voltase utama, MOSFET mbentuk saklar sisih kurang. Ing saklar sisih kurang, MOSFET saluran N kudu digunakake amarga pertimbangan voltase sing dibutuhake kanggo mateni utawa ngaktifake piranti. Nalika MOSFET disambungake menyang bis lan mbukak menyang lemah, ngalih dhuwur-sisi digunakake. MOSFET saluran P biasane digunakake ing topologi iki, sing uga amarga pertimbangan drive voltase. Kanggo milih piranti sing cocog kanggo aplikasi sampeyan, sampeyan kudu nemtokake voltase sing dibutuhake kanggo nyopir piranti lan cara paling gampang kanggo nindakake ing desain sampeyan. Langkah sabanjure yaiku nemtokake rating voltase sing dibutuhake, utawa voltase maksimal sing bisa ditahan piranti. Sing luwih dhuwur rating voltase, sing luwih dhuwur biaya piranti. Miturut pengalaman praktis, voltase dirating kudu luwih gedhe tinimbang voltase listrik utawa voltase bus. Iki bakal nyedhiyakake proteksi sing cukup supaya MOSFET ora bakal gagal. Nalika milih MOSFET, perlu kanggo nemtokake voltase maksimum sing bisa ditrima saka saluran menyang sumber, yaiku, VDS maksimum. Iku penting kanggo ngerti sing voltase maksimum MOSFET bisa tahan owah-owahan karo suhu. Desainer kudu nguji variasi voltase ing kabeh kisaran suhu operasi. Tegangan sing dirating kudu duwe wates sing cukup kanggo nutupi sawetara variasi iki kanggo mesthekake yen sirkuit ora bakal gagal. Faktor keamanan liyane sing kudu dipikirake dening insinyur desain kalebu transien voltase sing disebabake dening ngoper elektronik kayata motor utawa trafo. voltase Rated beda-beda kanggo aplikasi beda; biasane, 20V kanggo piranti hotspot, 20-30V kanggo sumber daya FPGA, lan 450-600V kanggo aplikasi 85-220VAC.
Langkah 2: Nemtokake saiki dirating
Langkah kapindho yaiku milih rating MOSFET saiki. Gumantung ing konfigurasi sirkuit, iki dirating saiki kudu maksimum saiki sing mbukak bisa tahan ing kabeh kahanan. Kaya karo kahanan voltase, desainer kudu mesthekake yen MOSFET sing dipilih bisa tahan rating saiki, sanajan sistem ngasilake lonjakan saiki. Loro kondisi saiki sing dianggep yaiku mode kontinu lan lonjakan pulsa. Ing mode konduksi terus-terusan, MOSFET ana ing kahanan anteng, ing ngendi arus terus-terusan mili liwat piranti kasebut. Spike pulsa nuduhake lonjakan gedhe (utawa arus spike) sing mili liwat piranti kasebut. Sawise arus maksimum ing kahanan kasebut ditemtokake, mung milih piranti sing bisa nangani arus maksimum iki. Sawise milih saiki dirating, mundhut konduksi uga kudu diwilang. Ing kahanan nyata, MOSFET dudu piranti sing cocog amarga ana mundhut energi listrik sajrone proses konduksi, sing diarani mundhut konduksi. MOSFET tumindak kaya resistor variabel nalika "on", sing ditemtokake dening RDS (ON) piranti lan owah-owahan kanthi signifikan karo suhu. Mundhut daya piranti bisa diitung kanthi Iload2 × RDS (ON). Wiwit ing-resistance owah-owahan karo suhu, mundhut daya uga bakal ganti proporsional. Sing luwih dhuwur voltase VGS Applied kanggo MOSFET, cilik RDS (ON) bakal; Kosok baline, sing luwih dhuwur RDS (ON) bakal. Kanggo desainer sistem, ing kene ana trade-off gumantung saka voltase sistem. Kanggo desain portabel, luwih gampang (lan luwih umum) nggunakake voltase sing luwih murah, dene kanggo desain industri, voltase sing luwih dhuwur bisa digunakake. Elinga yen resistance RDS (ON) bakal munggah rada karo saiki. Variasi ing macem-macem parameter listrik saka resistor RDS (ON) bisa ditemokake ing lembar data teknis sing diwenehake dening pabrikan. Teknologi nduwe pengaruh sing signifikan ing karakteristik piranti, amarga sawetara teknologi cenderung nambah RDS (ON) nalika nambah VDS maksimal. Kanggo teknologi kasebut, yen sampeyan pengin nyuda VDS lan RDS (ON), sampeyan kudu nambah ukuran chip, saéngga nambah ukuran paket sing cocog lan biaya pangembangan sing gegandhengan. Ana sawetara teknologi ing industri nyoba kanggo ngontrol Tambah ing ukuran chip, sing paling penting yaiku saluran lan teknologi wawas daya. Ing teknologi trench, trench jero wis ditempelake ing wafer, biasane dilindhungi undhang-undhang kanggo voltase kurang, kanggo nyuda ing-resistance RDS (ON). Kanggo ngurangi impact VDS maksimum ing RDS (ON), kolom wutah epitaxial / proses kolom etsa digunakake sak proses pembangunan. Contone, Fairchild Semiconductor wis ngembangake teknologi sing diarani SuperFET sing nambah langkah manufaktur tambahan kanggo nyuda RDS (ON). Fokus ing RDS (ON) iki penting amarga minangka voltase risak MOSFET standar mundhak, RDS (ON) mundhak exponentially lan ndadékaké kanggo Tambah ing ukuran mati. Proses SuperFET ngganti hubungan eksponensial antarane RDS (ON) lan ukuran wafer dadi hubungan linear. Kanthi cara iki, piranti SuperFET bisa entuk RDS (ON) kurang becik ing ukuran mati cilik, sanajan voltase rusak nganti 600V. Akibaté, ukuran wafer bisa dikurangi nganti 35%. Kanggo pangguna pungkasan, iki tegese nyuda ukuran paket sing signifikan.
Langkah Tiga: Nemtokake Requirements Thermal
Langkah sabanjure kanggo milih MOSFET yaiku ngitung syarat termal sistem. Desainer kudu nimbang loro skenario beda, skenario paling awon lan skenario nyata. Disaranake nggunakake asil pitungan paling awon, amarga asil iki nyedhiyakake wates safety sing luwih gedhe lan njamin yen sistem ora bakal gagal. Ana uga sawetara data pangukuran sing mbutuhake perhatian ing lembar data MOSFET; kayata resistance termal antarane persimpangan semikonduktor piranti rangkep lan lingkungan, lan suhu persimpangan maksimum. Suhu prapatan piranti padha karo suhu sekitar maksimum plus produk saka resistance termal lan boros daya (suhu prapatan = suhu lingkungan maksimum + [resistance termal × boros daya]). Miturut persamaan iki, boros daya maksimum sistem bisa ditanggulangi, sing padha karo I2 × RDS (ON) kanthi definisi. Wiwit desainer wis nemtokake saiki maksimum sing bakal liwat piranti, RDS (ON) bisa diwilang ing suhu beda. Wigati dicathet yen nalika nangani model termal sing prasaja, desainer uga kudu nimbang kapasitas termal saka persimpangan semikonduktor / kasus piranti lan kasus / lingkungan; iki mbutuhake papan sirkuit dicithak lan paket ora langsung panas. Risak longsor tegese voltase mbalikke ing piranti semikonduktor ngluwihi nilai maksimum lan mbentuk kolom listrik kuwat kanggo nambah saiki ing piranti. Arus iki bakal ngilangi daya, nambah suhu piranti, lan bisa uga ngrusak piranti kasebut. Perusahaan semikonduktor bakal nganakake tes longsor ing piranti, ngetung voltase longsoran, utawa nguji ketangguhan piranti kasebut. Ana rong cara kanggo ngitung voltase longsoran sing dirating; siji cara statistik lan liyane pitungan termal. Pitungan termal digunakake akeh amarga luwih praktis. Akeh perusahaan sing menehi rincian babagan tes piranti kasebut. Contone, Fairchild Semiconductor nyedhiyakake "Power MOSFET Avalanche Guidelines" (Power MOSFET Avalanche Guidelines-bisa diundhuh saka situs web Fairchild). Saliyane komputasi, teknologi uga nduweni pengaruh gedhe marang efek longsor. Contone, Tambah ing ukuran mati mundhak resistance longsor lan pungkasanipun nambah kakuwatan piranti. Kanggo pangguna pungkasan, iki tegese nggunakake paket sing luwih gedhe ing sistem kasebut.
Langkah 4: Nemtokake kinerja switch
Langkah pungkasan kanggo milih MOSFET yaiku nemtokake kinerja ngoper MOSFET. Ana akeh paramèter sing mengaruhi kinerja ngoper, nanging sing paling penting gapura / saluran, gapura / sumber lan saluran / sumber kapasitansi. Kapasitor iki nggawe losses ngoper ing piranti amarga padha kebak saben wektu padha ngalih. Kacepetan ngoper MOSFET mulane suda, lan efisiensi piranti uga suda. Kanggo ngetung total losses ing piranti sak ngoper, desainer kudu ngetung losses sak turn-on (Eon) lan losses sak turn-off (Eoff). Daya total saklar MOSFET bisa ditulis nganggo persamaan ing ngisor iki: Psw = (Eon + Eoff) × frekuensi ngalih. Pangisian daya gerbang (Qgd) nduwe pengaruh paling gedhe ing kinerja ngalih. Adhedhasar pentinge kinerja ngoper, teknologi anyar terus dikembangake kanggo ngatasi masalah ngoper iki. Nambah ukuran chip mundhak daya gapura; iki nambah ukuran piranti. Kanggo nyuda kerugian ganti, muncul teknologi anyar kayata oksidasi ngisor saluran sing kandel, kanthi tujuan nyuda biaya gerbang. Contone, teknologi anyar SuperFET bisa nyilikake mundhut konduksi lan nambah kinerja ngoper kanthi ngurangi RDS (ON) lan gapura daya (Qg). Kanthi cara iki, MOSFET bisa ngatasi transien voltase kacepetan dhuwur (dv/dt) lan transien saiki (di/dt) sajrone ngoper, lan malah bisa digunakake kanthi andal ing frekuensi switching sing luwih dhuwur.
Wektu kirim: Oct-23-2023
