دستگاه های نیمه هادی قدرتی در صنعت، مصرف، نظامی و سایر زمینه ها کاربرد فراوانی دارند و از موقعیت استراتژیک بالایی برخوردارند. بیایید نگاهی به تصویر کلی دستگاه های برق از یک تصویر بیندازیم:
دستگاه های نیمه هادی قدرت را می توان با توجه به درجه کنترل سیگنال های مدار به نوع کامل، نیمه کنترل و غیر قابل کنترل تقسیم کرد. یا با توجه به ویژگی های سیگنال مدار محرک، می توان آن را به نوع ولتاژ محور، نوع جریان محور و غیره تقسیم کرد.
| طبقه بندی | نوع | دستگاه های نیمه هادی قدرت خاص |
| قابلیت کنترل سیگنال های الکتریکی | نوع نیمه کنترل شده | SCR |
| کنترل کامل | GTO، GTR، MOSFET، IGBT | |
| غیر قابل کنترل | دیود برق | |
| ویژگی های سیگنال رانندگی | نوع ولتاژ محور | IGBT، MOSFET، SITH |
| نوع رانده فعلی | SCR، GTO، GTR | |
| شکل موج سیگنال موثر | نوع ماشه پالس | SCR، GTO |
| نوع کنترل الکترونیکی | GTR، MOSFET، IGBT | |
| موقعیت هایی که در آن الکترون های حامل جریان شرکت می کنند | دستگاه دوقطبی | دیود برق، SCR، GTO، GTR، BSIT، BJT |
| دستگاه تک قطبی | ماسفت، نشستن | |
| دستگاه کامپوزیت | MCT، IGBT، SITH و IGCT |
دستگاه های نیمه هادی قدرت مختلف دارای ویژگی های متفاوتی مانند ولتاژ، ظرفیت جریان، قابلیت امپدانس و اندازه هستند. در استفاده واقعی، دستگاه های مناسب باید با توجه به زمینه ها و نیازهای مختلف انتخاب شوند.
صنعت نیمه هادی از بدو تولد تا کنون سه نسل از تغییرات مواد را پشت سر گذاشته است. تا به حال، اولین ماده نیمه هادی که توسط Si نشان داده شده است، هنوز عمدتاً در زمینه دستگاه های نیمه هادی قدرت استفاده می شود.
| مواد نیمه هادی | باند گپ (eV) | نقطه ذوب (K) | برنامه اصلی | |
| مواد نیمه هادی نسل اول | Ge | 1.1 | 1221 | ترانزیستورهای ولتاژ پایین، فرکانس پایین، ترانزیستورهای توان متوسط، آشکارسازهای نوری |
| مواد نیمه هادی نسل دوم | Si | 0.7 | 1687 | |
| مواد نیمه هادی نسل سوم | GaAs | 1.4 | 1511 | مایکروویو، دستگاه های موج میلی متری، دستگاه های ساطع کننده نور |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. دستگاه های پرقدرت با درجه حرارت بالا، فرکانس بالا، مقاوم در برابر تشعشع 2. آبی، درجه، دیودهای ساطع نور بنفش، لیزرهای نیمه هادی | |
| GaN | 3.4 | 1973 | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | 3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 | ||
ویژگی های دستگاه های قدرت نیمه کنترل شده و کاملاً کنترل شده را خلاصه کنید:
| نوع دستگاه | SCR | GTR | ماسفت | IGBT |
| نوع کنترل | ماشه نبض | کنترل فعلی | کنترل ولتاژ | مرکز فیلم |
| خط خود خاموشی | خاموش شدن کموتاسیون | دستگاه خود خاموش شونده | دستگاه خود خاموش شونده | دستگاه خود خاموش شونده |
| فرکانس کاری | ＜1khz | 30 کیلو هرتز | 20khz-Mhz | 40 کیلو هرتز |
| قدرت محرکه | کوچک | بزرگ | کوچک | کوچک |
| تلفات سوئیچینگ | بزرگ | بزرگ | بزرگ | بزرگ |
| از دست دادن هدایت | کوچک | کوچک | بزرگ | کوچک |
| سطح ولتاژ و جریان | 最大 | بزرگ | حداقل | بیشتر |
| برنامه های کاربردی معمولی | گرمایش القایی فرکانس متوسط | مبدل فرکانس یو پی اس | منبع تغذیه سوئیچینگ | مبدل فرکانس یو پی اس |
| قیمت | پایین ترین | پایین تر | در وسط | گران ترین |
| اثر مدولاسیون هدایت | دارند | دارند | هیچ کدام | دارند |
ماسفت ها را بشناسید
MOSFET دارای امپدانس ورودی بالا، نویز کم و پایداری حرارتی خوب است. فرآیند تولید ساده و تشعشع قوی دارد، بنابراین معمولاً در مدارهای تقویت کننده یا مدارهای سوئیچینگ استفاده می شود.
(1) پارامترهای اصلی انتخاب: ولتاژ منبع تخلیه VDS (مقاوم در برابر ولتاژ)، جریان نشتی پیوسته ID، مقاومت روشن RDS(روشن)، ظرفیت ورودی سیس (خازن اتصال)، ضریب کیفیت FOM=Ron*Qg، و غیره.
(2) با توجه به فرآیندهای مختلف، به TrenchMOS تقسیم می شود: ماسفت ترانشه، عمدتا در میدان ولتاژ پایین در 100 ولت. ماسفت SGT (Split Gate): ماسفت گیت تقسیم شده، عمدتاً در میدان ولتاژ متوسط و پایین در 200 ولت؛ ماسفت SJ: ماسفت سوپر اتصال، عمدتاً در میدان ولتاژ بالا 600-800 ولت.
در یک منبع تغذیه سوئیچینگ، مانند یک مدار تخلیه باز، تخلیه به طور سالم به بار متصل می شود که به آن تخلیه باز می گویند. در یک مدار تخلیه باز، مهم نیست که بار چقدر ولتاژ بالا وصل شده باشد، جریان بار را می توان روشن و خاموش کرد. این یک دستگاه سوئیچینگ آنالوگ ایده آل است. این اصل ماسفت به عنوان یک دستگاه سوئیچینگ است.
از نظر سهم بازار، ماسفت ها تقریباً همه در دست سازندگان بزرگ بین المللی متمرکز شده اند. در میان آنها، Infineon در سال 2015 شرکت IR (شرکت رکتیفایر بین المللی آمریکایی) را خریداری کرد و به رهبر صنعت تبدیل شد. ON Semiconductor همچنین خرید Fairchild Semiconductor را در سپتامبر 2016 تکمیل کرد. سهم بازار به رتبه دوم جهش کرد و سپس رتبه های فروش Renesas، Toshiba، IWC، ST، Vishay، Anshi، Magna و غیره قرار گرفتند.
برندهای اصلی ماسفت به چندین سری تقسیم می شوند: آمریکایی، ژاپنی و کره ای.
سری آمریکایی: Infineon، IR، Fairchild، ON Semiconductor، ST، TI، PI، AOS و غیره؛
ژاپنی: توشیبا، رنساس، ROHM و غیره؛
سری کره ای: Magna، KEC، AUK، Morina Hiroshi، Shinan، KIA
دسته بندی پکیج ماسفت
بسته های ماسفت با توجه به نحوه نصب آن بر روی برد مدار چاپی دو نوع اصلی دارند: پلاگین (Through Hole) و نصب سطحی (Surface Mount). است
نوع پلاگین به این معنی است که پین های ماسفت از سوراخ های نصب برد PCB عبور کرده و به برد PCB جوش داده می شوند. بسته های متداول پلاگین عبارتند از: بسته درون خطی دوگانه (DIP)، بسته طرح کلی ترانزیستور (TO) و بسته آرایه شبکه پین (PGA).
بسته بندی پلاگین
نصب سطحی جایی است که پین های ماسفت و فلنج اتلاف حرارت به لنت های روی سطح برد PCB جوش داده می شوند. بسته‌های نصب سطحی معمولی عبارتند از: طرح ترانزیستور (D-PAK)، ترانزیستور طرح کوچک (SOT)، بسته طرح کوچک (SOP)، بسته چهارگانه تخت (QFP)، حامل تراشه سربی پلاستیکی (PLCC) و غیره.
پکیج نصب روی سطح
با پیشرفت تکنولوژی، بردهای PCB مانند مادربردها و کارت های گرافیک در حال حاضر کمتر و کمتر از بسته بندی مستقیم پلاگین استفاده می کنند و بیشتر از بسته بندی های روی سطح استفاده می شود.
1. بسته درون خطی دوگانه (DIP)
بسته DIP دارای دو ردیف پین است و باید در یک سوکت چیپ با ساختار DIP قرار داده شود. روش اشتقاق آن SDIP (Shrink DIP) است که یک بسته شرینک دو در خط است. چگالی پین 6 برابر بیشتر از DIP است.
فرم های ساختار بسته بندی DIP عبارتند از: DIP دولایه سرامیکی چند لایه، DIP دو خطی سرامیکی تک لایه، DIP فریم سربی (شامل نوع آب بندی شیشه-سرامیکی، نوع ساختار کپسوله پلاستیکی، محفظه شیشه ای کم ذوب سرامیکی نوع) و غیره ویژگی بسته بندی DIP این است که به راحتی می تواند جوشکاری از طریق سوراخ بردهای PCB را انجام دهد و سازگاری خوبی با مادربرد دارد.
با این حال، به دلیل اینکه منطقه بسته بندی و ضخامت آن نسبتاً بزرگ است و پین ها به راحتی در طول فرآیند وصل و جدا کردن آن آسیب می بینند، قابلیت اطمینان ضعیفی دارد. در عین حال، به دلیل تأثیر فرآیند، تعداد پین ها به طور کلی از 100 بیشتر نمی شود. بنابراین، در روند یکپارچگی بالای صنعت الکترونیک، بسته بندی DIP به تدریج از مرحله تاریخ خارج شده است.
2. بسته طرح کلی ترانزیستور (TO)
مشخصات بسته بندی اولیه، مانند TO-3P، TO-247، TO-92، TO-92L، TO-220، TO-220F، TO-251 و غیره همه طرح های بسته بندی پلاگین هستند.
TO-3P/247: یک فرم بسته بندی متداول برای ماسفت های ولتاژ متوسط و جریان بالا است. این محصول دارای ویژگی های ولتاژ مقاومت بالا و مقاومت در برابر شکست قوی است. را
TO-220/220F: TO-220F یک بسته کاملاً پلاستیکی است و هنگام نصب آن بر روی رادیاتور نیازی به افزودن پد عایق نیست. TO-220 دارای یک ورق فلزی متصل به پین وسط است و هنگام نصب رادیاتور به یک پد عایق نیاز است. ماسفت های این دو سبک بسته بندی ظاهری مشابه دارند و می توانند به جای یکدیگر استفاده شوند. را
TO-251: این محصول بسته بندی شده عمدتا برای کاهش هزینه ها و کاهش اندازه محصول استفاده می شود. عمدتا در محیط هایی با ولتاژ متوسط و جریان بالا زیر 60 آمپر و ولتاژ بالا زیر 7 نیوتن استفاده می شود. را
TO-92: این پکیج فقط برای ماسفت های ولتاژ پایین (جریان کمتر از 10 آمپر، تحمل ولتاژ زیر 60 ولت) و ولتاژ بالا 1N60/65 به منظور کاهش هزینه ها استفاده می شود.
در سال‌های اخیر، به دلیل هزینه‌های بالای جوشکاری فرآیند بسته‌بندی پلاگین و عملکرد ضعیف اتلاف گرما نسبت به محصولات پچ، تقاضا در بازار نصب سطحی افزایش یافته است که منجر به توسعه بسته‌بندی TO نیز شده است. در بسته بندی نصب روی سطح
TO-252 (همچنین D-PAK نامیده می شود) و TO-263 (D2PAK) هر دو بسته های نصب سطحی هستند.
ظاهر محصول به بسته بندی
TO252/D-PAK یک بسته تراشه پلاستیکی است که معمولاً برای بسته بندی ترانزیستورهای قدرت و تراشه های تثبیت کننده ولتاژ استفاده می شود. این یکی از بسته های جریان اصلی فعلی است. ماسفت با استفاده از این روش بسته بندی دارای سه الکترود دروازه (G)، تخلیه (D) و منبع (S) است. پین تخلیه (D) قطع شده و استفاده نمی شود. در عوض، هیت سینک در پشت به عنوان تخلیه (D) استفاده می شود که مستقیماً به PCB جوش داده می شود. از یک طرف برای خروجی جریان های زیاد استفاده می شود و از طرف دیگر گرما را از طریق PCB دفع می کند. بنابراین، سه پد D-PAK روی PCB وجود دارد و پد تخلیه (D) بزرگتر است. مشخصات بسته بندی آن به شرح زیر است:
مشخصات اندازه بسته TO-252/D-PAK
TO-263 گونه ای از TO-220 است. این عمدتا برای بهبود راندمان تولید و اتلاف گرما طراحی شده است. از جریان و ولتاژ بسیار بالا پشتیبانی می کند. در ماسفت های جریان بالا با ولتاژ متوسط کمتر از 150 آمپر و بالای 30 ولت رایج تر است. علاوه بر D2PAK (TO-263AB)، همچنین شامل TO263-2، TO263-3، TO263-5، TO263-7 و سبک های دیگر است که عمدتاً به دلیل تعداد و فاصله پین های مختلف، تابع TO-263 هستند. .
مشخصات اندازه بسته بندی TO-263/D2PAKs
3. پین بسته آرایه شبکه (PGA)
چندین پین آرایه مربعی در داخل و خارج تراشه PGA (Pin Grid Array Package) وجود دارد. هر پین آرایه مربعی در فاصله معینی در اطراف تراشه چیده شده است. بسته به تعداد پین ها می توان آن را به 2 تا 5 دایره تبدیل کرد. در حین نصب، فقط تراشه را در سوکت مخصوص PGA قرار دهید. دارای مزایای اتصال و جدا کردن آسان و قابلیت اطمینان بالا است و می تواند با فرکانس های بالاتر سازگار شود.
سبک بسته PGA
بیشتر زیرلایه های تراشه ای آن از مواد سرامیکی ساخته شده اند و برخی از آنها از رزین پلاستیکی مخصوص به عنوان بستر استفاده می کنند. از نظر فناوری، فاصله مرکز پین معمولاً 2.54 میلی متر است و تعداد پین ها از 64 تا 447 متغیر است. ویژگی این نوع بسته بندی این است که هر چه منطقه بسته بندی (حجم) کمتر باشد، مصرف برق (عملکرد) کمتر است. ) می تواند مقاومت کند و بالعکس. این سبک بسته‌بندی تراشه‌ها در اوایل رایج‌تر بود و بیشتر برای بسته‌بندی محصولات پرمصرف مانند CPU استفاده می‌شد. به عنوان مثال، اینتل 80486 و Pentium همگی از این سبک بسته بندی استفاده می کنند. این به طور گسترده توسط تولید کنندگان ماسفت پذیرفته نشده است.
4. بسته ترانزیستور طرح کلی کوچک (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) یک بسته ترانزیستور کوچک قدرت از نوع پچ است که عمدتاً شامل SOT23، SOT89، SOT143، SOT25 (یعنی SOT23-5) و غیره است. SOT323، SOT363/SOT26 (یعنی SOT23-6) و انواع دیگر مشتق شده، که از نظر اندازه کوچکتر از بسته های TO هستند.
نوع بسته SOT
SOT23 یک پکیج ترانزیستور معمولی با سه پایه بال شکل، یعنی کلکتور، امیتر و پایه است که در دو طرف ضلع بلند قطعه ذکر شده است. در میان آنها، قطره چکان و پایه در یک طرف قرار دارند. آنها در ترانزیستورهای کم مصرف، ترانزیستورهای اثر میدانی و ترانزیستورهای کامپوزیت با شبکه های مقاومتی رایج هستند. آنها استحکام خوبی دارند اما لحیم کاری ضعیفی دارند. ظاهر در شکل (الف) زیر نشان داده شده است.
SOT89 دارای سه پایه کوتاه است که در یک طرف ترانزیستور توزیع شده اند. طرف دیگر یک هیت سینک فلزی است که به پایه متصل می شود تا قابلیت اتلاف حرارت را افزایش دهد. این در ترانزیستورهای سیلیکونی پاور سطحی رایج است و برای کاربردهای توان بالاتر مناسب است. ظاهر در شکل (ب) زیر نشان داده شده است. را
SOT143 دارای چهار پین کوتاه بال شکل است که از دو طرف به بیرون هدایت می شوند. انتهای پهن تر پین کلکتور است. این نوع پکیج در ترانزیستورهای فرکانس بالا رایج است و ظاهر آن در شکل (ج) زیر نشان داده شده است. را
SOT252 یک ترانزیستور پرقدرت با سه پایه از یک طرف است و پایه میانی کوتاهتر است و کلکتور است. به پین بزرگتر در انتهای دیگر که یک ورق مسی برای دفع حرارت است وصل کنید و ظاهر آن مانند شکل (د) زیر است.
مقایسه ظاهری بسته SOT رایج
ماسفت چهار ترمینال SOT-89 معمولاً در مادربردها استفاده می شود. مشخصات و ابعاد آن به شرح زیر است:
مشخصات اندازه ماسفت SOT-89 (واحد: میلی متر)
5. بسته طرح کوچک (SOP)
SOP (بسته خارج از خط کوچک) یکی از بسته های نصب سطحی است که SOL یا DFP نیز نامیده می شود. پین ها از دو طرف بسته به شکل بال مرغ دریایی (L شکل) بیرون کشیده می شوند. جنس مواد پلاستیکی و سرامیک است. استانداردهای بسته بندی SOP شامل SOP-8، SOP-16، SOP-20، SOP-28 و ... می باشد که عدد بعد از SOP تعداد پین ها را نشان می دهد. اکثر بسته های MOSFET SOP مشخصات SOP-8 را اتخاذ می کنند. این صنعت اغلب "P" را حذف می کند و آن را به اختصار SO (Small Out-Line) می نویسد.
اندازه بسته SOP-8
SO-8 اولین بار توسط شرکت PHILIP توسعه یافت. این در پلاستیک بسته بندی شده است، صفحه پایینی اتلاف گرما ندارد و اتلاف حرارت ضعیفی دارد. معمولاً برای ماسفت های کم مصرف استفاده می شود. بعداً مشخصات استانداردی مانند TSOP (Thin Small Outline Package)، VSOP (Very Small Outline Package)، SSOP (Shrink SOP)، TSSOP (Thin Shrink SOP) و غیره به تدریج استخراج شد. در میان آنها، TSOP و TSSOP معمولا در بسته بندی ماسفت استفاده می شوند.
مشخصات مشتق شده از SOP که معمولاً برای ماسفت ها استفاده می شود
6. بسته چهارگانه تخت (QFP)
فاصله بین پایه های تراشه در بسته بندی QFP (بسته تخت چهارگانه پلاستیکی) بسیار کم است و پین ها بسیار نازک هستند. معمولاً در مدارهای مجتمع بزرگ مقیاس یا فوق بزرگ استفاده می شود و تعداد پین ها معمولاً بیش از 100 است. تراشه های بسته بندی شده به این شکل باید از فناوری نصب سطحی SMT برای لحیم کردن تراشه به مادربرد استفاده کنند. این روش بسته بندی دارای چهار ویژگی اصلی است: ① برای فناوری نصب سطحی SMD برای نصب سیم کشی بر روی تخته های مدار چاپی مناسب است. ② برای استفاده با فرکانس بالا مناسب است. ③ کار با آن آسان است و قابلیت اطمینان بالایی دارد. ④ نسبت بین منطقه تراشه و منطقه بسته بندی کوچک است. مانند روش بسته‌بندی PGA، این روش بسته‌بندی تراشه را در یک بسته پلاستیکی می‌پیچد و نمی‌تواند گرمای تولید شده در هنگام کار به موقع تراشه را دفع کند. بهبود عملکرد ماسفت را محدود می کند. و بسته بندی پلاستیکی خود باعث افزایش سایز دستگاه می شود که الزامات توسعه نیمه هادی ها را در جهت سبک، نازک، کوتاه و کوچک بودن برآورده نمی کند. علاوه بر این، این نوع روش بسته بندی مبتنی بر یک تراشه است که مشکلات راندمان تولید پایین و هزینه بسته بندی بالا را دارد. بنابراین، QFP برای استفاده در مدارهای LSI منطقی دیجیتال مانند آرایه های ریزپردازنده/ دروازه مناسب تر است و همچنین برای بسته بندی محصولات مدار LSI آنالوگ مانند پردازش سیگنال VTR و پردازش سیگنال صوتی مناسب است.
7، بسته چهارگانه تخت بدون سرنخ (QFN)
پکیج QFN (پکیج چهار تخته بدون سرب) مجهز به کنتاکت الکترود در چهار طرف است. از آنجایی که هیچ لید وجود ندارد، منطقه نصب کوچکتر از QFP و ارتفاع کمتر از QFP است. در میان آنها، QFN سرامیکی LCC (حامل تراشه های بدون سرب) نیز نامیده می شود، و QFN پلاستیکی ارزان قیمت با استفاده از مواد پایه زیرلایه چاپ شده با رزین اپوکسی شیشه ای، پلاستیک LCC، PCLC، P-LCC و غیره نامیده می شود. این یک بسته بندی تراشه نصب شده روی سطح است. فناوری با اندازه پد کوچک، حجم کم و پلاستیک به عنوان ماده آب بندی. QFN عمدتا برای بسته بندی مدار مجتمع استفاده می شود و ماسفت استفاده نخواهد شد. با این حال، از آنجایی که اینتل راه‌حل یکپارچه درایور و MOSFET را پیشنهاد کرد، DrMOS را در یک بسته QFN-56 راه‌اندازی کرد («56» به 56 پین اتصال در پشت تراشه اشاره دارد).
لازم به ذکر است که پکیج QFN همان پیکربندی سرب خارجی را مانند پکیج طرح کلی بسیار نازک (TSSOP) دارد، اما اندازه آن 62 درصد کوچکتر از TSSOP است. بر اساس داده‌های مدل‌سازی QFN، عملکرد حرارتی آن 55 درصد بیشتر از بسته‌بندی TSSOP و عملکرد الکتریکی آن (القایی و خازن) به ترتیب 60 و 30 درصد بیشتر از بسته‌بندی TSSOP است. بزرگترین عیب این است که تعمیر آن دشوار است.
DrMOS در بسته بندی QFN-56
منابع تغذیه سوئیچینگ کاهنده گسسته DC/DC سنتی نمی توانند الزامات چگالی توان بالاتر را برآورده کنند، همچنین نمی توانند مشکل اثرات پارامترهای انگلی در فرکانس های سوئیچینگ بالا را حل کنند. با نوآوری و پیشرفت تکنولوژی، ادغام درایورها و ماسفت ها برای ساخت ماژول های چند تراشه ای به واقعیت تبدیل شده است. این روش یکپارچه سازی می تواند فضای قابل توجهی را ذخیره کند و تراکم مصرف برق را افزایش دهد. از طریق بهینه سازی درایورها و ماسفت ها به واقعیت تبدیل شده است. بهره وری برق و جریان DC با کیفیت بالا، این آی سی درایور یکپارچه DrMOS است.
Renesas نسل دوم DrMOS
بسته بدون سرب QFN-56 امپدانس حرارتی DrMOS را بسیار کم می کند. با اتصال سیم داخلی و طراحی گیره مسی، سیم کشی PCB خارجی را می توان به حداقل رساند و در نتیجه اندوکتانس و مقاومت را کاهش داد. علاوه بر این، فرآیند ماسفت سیلیکونی عمیق کانال مورد استفاده همچنین می تواند به طور قابل توجهی تلفات رسانایی، سوئیچینگ و شارژ دروازه را کاهش دهد. با انواع کنترلرها سازگار است، می تواند به حالت های عملیاتی مختلف دست یابد، و از حالت تبدیل فاز فعال APS (تغییر فاز خودکار) پشتیبانی می کند. علاوه بر بسته بندی QFN، بسته بندی دوطرفه بدون سرب (DFN) نیز یک فرآیند بسته بندی الکترونیکی جدید است که به طور گسترده در اجزای مختلف نیمه هادی ON استفاده شده است. در مقایسه با QFN، DFN دارای الکترودهای خروجی کمتری در هر دو طرف است.
8- حامل تراشه سرب دار پلاستیکی (PLCC)
PLCC (بسته تخت چهارگانه پلاستیکی) شکل مربعی دارد و بسیار کوچکتر از بسته DIP است. دارای 32 پین با پین در اطراف. پین ها از چهار طرف بسته به شکل T به بیرون هدایت می شوند. این یک محصول پلاستیکی است. فاصله مرکز پین 1.27 میلی متر است و تعداد پین ها از 18 تا 84 متغیر است. پین های J شکل به راحتی تغییر شکل نمی دهند و راحت تر از QFP کار می کنند، اما بازرسی ظاهری پس از جوشکاری دشوارتر است. بسته بندی PLCC برای نصب سیم کشی روی PCB با استفاده از فناوری نصب سطحی SMT مناسب است. دارای مزایای اندازه کوچک و قابلیت اطمینان بالا است. بسته بندی PLCC نسبتا رایج است و در مدارهای منطقی LSI، DLD (یا دستگاه منطق برنامه) و مدارهای دیگر استفاده می شود. این فرم بسته بندی اغلب در بایوس مادربرد استفاده می شود، اما در حال حاضر کمتر در ماسفت ها رایج است.
کپسوله سازی و بهبود برای شرکت های جریان اصلی
با توجه به روند توسعه ولتاژ پایین و جریان بالا در پردازنده‌ها، ماسفت‌ها باید دارای جریان خروجی زیاد، مقاومت کم، تولید حرارت کم، اتلاف سریع گرما و اندازه کوچک باشند. علاوه بر بهبود فناوری و فرآیندهای تولید تراشه، تولیدکنندگان ماسفت همچنین به بهبود فناوری بسته بندی ادامه می دهند. بر اساس سازگاری با مشخصات ظاهری استاندارد، آنها اشکال بسته بندی جدیدی را پیشنهاد می کنند و نام علامت تجاری را برای بسته های جدیدی که توسعه می دهند ثبت می کنند.
1، بسته های RENESAS WPAK، LFPAK و LFPAK-I
WPAK یک بسته تابش حرارت بالا است که توسط Renesas توسعه یافته است. با تقلید از پکیج D-PAK، هیت سینک تراشه به مادربرد جوش داده می شود و گرما از طریق مادربرد پخش می شود تا پکیج کوچک WPAK نیز به جریان خروجی D-PAK برسد. WPAK-D2 دو ماسفت بالا/پایین را برای کاهش اندوکتانس سیم کشی بسته بندی می کند.
اندازه بسته Renesas WPAK
LFPAK و LFPAK-I دو بسته فرم فاکتور کوچک دیگر هستند که توسط Renesas توسعه یافته و با SO-8 سازگار هستند. LFPAK مشابه D-PAK است، اما کوچکتر از D-PAK است. LFPAK-i هیت سینک را به سمت بالا قرار می دهد تا گرما را از طریق هیت سینک دفع کند.
بسته های Renesas LFPAK و LFPAK-I
2. بسته بندی Vishay Power-PAK و Polar-PAK
Power-PAK نام بسته ماسفت است که توسط Vishay Corporation ثبت شده است. Power-PAK شامل دو مشخصات Power-PAK1212-8 و Power-PAK SO-8 می باشد.
پکیج Vishay Power-PAK1212-8
پکیج Vishay Power-PAK SO-8
Polar PAK یک بسته کوچک با اتلاف حرارت دو طرفه است و یکی از فناوری های اصلی بسته بندی ویشا است. Polar PAK همان بسته معمولی so-8 است. دارای نقاط اتلاف در دو طرف بالایی و پایینی بسته بندی است. انباشتن گرما در داخل پکیج آسان نیست و می تواند چگالی جریان جریان عملیاتی را تا دو برابر SO-8 افزایش دهد. در حال حاضر، Vishay مجوز فناوری Polar PAK را به STMicroelectronics داده است.
پکیج Vishay Polar PAK
3. بسته های سرب تخت Onsemi SO-8 و WDFN8
ON Semiconductor دو نوع ماسفت سرب تخت را توسعه داده است که در میان آنها ماسفت های سرب تخت سازگار با SO-8 توسط بسیاری از بردها استفاده می شود. ماسفت های برقی NVMx و NVTx که به تازگی راه اندازی شده ON نیمه هادی از بسته های فشرده DFN5 (SO-8FL) و WDFN8 برای به حداقل رساندن تلفات هدایت استفاده می کنند. همچنین دارای QG و ظرفیت کم برای به حداقل رساندن تلفات راننده است.
ON Semiconductor SO-8 Flat Lead Package
بسته WDFN8 نیمه هادی ON
4. بسته بندی NXP LFPAK و QLPAK
NXP (فیلپس سابق) فناوری بسته بندی SO-8 را به LFPAK و QLPAK بهبود داده است. در میان آنها، LFPAK به عنوان قابل اعتمادترین بسته قدرت SO-8 در جهان در نظر گرفته می شود. در حالی که QLPAK دارای ویژگی های اندازه کوچک و راندمان اتلاف حرارت بالاتر است. در مقایسه با SO-8 معمولی، QLPAK مساحت برد PCB 6*5 میلی متر را اشغال می کند و دارای مقاومت حرارتی 1.5k/W است.
بسته NXP LFPAK
بسته بندی NXP QLPAK
4. بسته ST Semiconductor PowerSO-8
فناوری‌های بسته‌بندی تراشه‌های MOSFET قدرت STMicroelectronics شامل SO-8، PowerSO-8، PowerFLAT، DirectFET، PolarPAK و غیره است. علاوه بر این، بسته های PowerSO-10، PowerSO-20، TO-220FP، H2PAK-2 و سایر بسته ها وجود دارد.
بسته STMicroelectronics Power SO-8
5. پکیج Fairchild Semiconductor Power 56
Power 56 نام انحصاری Farichild و نام رسمی آن DFN5×6 است. منطقه بسته بندی آن با TSOP-8 معمولی قابل مقایسه است و بسته نازک باعث صرفه جویی در ارتفاع ترخیص قطعات می شود و طراحی Thermal-Pad در پایین مقاومت حرارتی را کاهش می دهد. بنابراین، بسیاری از تولیدکنندگان دستگاه های برقی از DFN5×6 استفاده کرده اند.
پکیج Fairchild Power 56
6. بسته بین المللی یکسو کننده (IR) Direct FET
Direct FET خنک کننده بالایی کارآمد را در یک ردپای SO-8 یا کوچکتر فراهم می کند و برای برنامه های تبدیل برق AC-DC و DC-DC در رایانه ها، لپ تاپ ها، مخابرات و تجهیزات الکترونیکی مصرفی مناسب است. ساختار قوطی فلزی DirectFET اتلاف حرارت دو طرفه را فراهم می کند و به طور موثری توانایی های جابجایی جریان مبدل های باک DC-DC با فرکانس بالا را در مقایسه با بسته های گسسته پلاستیکی استاندارد دو برابر می کند. پکیج Direct FET از نوع معکوس نصب شده است و سینک حرارتی تخلیه (D) رو به بالا است و با یک پوسته فلزی پوشانده شده است که گرما از طریق آن دفع می شود. بسته بندی مستقیم FET اتلاف گرما را تا حد زیادی بهبود می بخشد و با اتلاف حرارت خوب فضای کمتری را اشغال می کند.
خلاصه کنید
در آینده، با ادامه توسعه صنعت تولید الکترونیک در جهت بسیار نازک، کوچک سازی، ولتاژ پایین و جریان بالا، ظاهر و ساختار بسته بندی داخلی ماسفت نیز برای انطباق بهتر با نیازهای توسعه تولید تغییر خواهد کرد. صنعت علاوه بر این، به منظور کاهش آستانه انتخاب برای تولیدکنندگان الکترونیک، روند توسعه ماسفت در جهت ماژولارسازی و بسته بندی در سطح سیستم به طور فزاینده ای آشکار خواهد شد و محصولات به صورت هماهنگ از ابعاد مختلف مانند عملکرد و هزینه توسعه خواهند یافت. . پکیج یکی از فاکتورهای مرجع مهم برای انتخاب ماسفت است. محصولات الکترونیکی مختلف نیازهای الکتریکی متفاوتی دارند و محیط‌های نصب مختلف نیز برای برآورده شدن نیاز به مشخصات اندازه مطابقت دارند. در انتخاب واقعی، تصمیم باید با توجه به نیازهای واقعی تحت اصل کلی گرفته شود. برخی از سیستم های الکترونیکی به دلیل اندازه PCB و ارتفاع داخلی محدود می شوند. به عنوان مثال، منابع تغذیه ماژول سیستم های ارتباطی معمولاً از بسته های DFN5*6 و DFN3*3 به دلیل محدودیت ارتفاع استفاده می کنند. در برخی از منابع تغذیه ACDC، طرح های بسیار نازک یا به دلیل محدودیت های پوسته برای مونتاژ ماسفت های قدرت بسته بندی شده TO220 مناسب هستند. در این زمان، پین ها را می توان مستقیماً در ریشه قرار داد، که برای محصولات بسته بندی شده TO247 مناسب نیست. برخی از طرح های بسیار نازک نیاز به خم شدن و صاف قرار دادن پین های دستگاه دارند که این امر پیچیدگی انتخاب ماسفت را افزایش می دهد.
نحوه انتخاب ماسفت
یک مهندس یک بار به من گفت که هرگز به صفحه اول برگه داده ماسفت نگاه نکرده است زیرا اطلاعات "عملی" فقط در صفحه دوم و بعد از آن ظاهر می شود. تقریباً هر صفحه در برگه داده ماسفت حاوی اطلاعات ارزشمندی برای طراحان است. اما همیشه نحوه تفسیر داده های ارائه شده توسط سازندگان مشخص نیست.
این مقاله برخی از مشخصات کلیدی MOSFET ها، نحوه بیان آنها در دیتاشیت و تصویر واضحی که برای درک آنها نیاز دارید را بیان می کند. مانند بسیاری از دستگاه های الکترونیکی، ماسفت ها نیز تحت تأثیر دمای عملیاتی قرار می گیرند. بنابراین درک شرایط آزمونی که شاخص های ذکر شده تحت آن اعمال می شوند، مهم است. همچنین بسیار مهم است که بدانیم آیا شاخص هایی که در «معرفی محصول» می بینید مقادیر «حداکثر» یا «معمولی» هستند، زیرا برخی از برگه های داده آن را روشن نمی کنند.
درجه ولتاژ
مشخصه اولیه ای که یک ماسفت را تعیین می کند ولتاژ منبع تخلیه VDS یا "ولتاژ شکست منبع تخلیه" است که بالاترین ولتاژی است که ماسفت می تواند بدون آسیب تحمل کند هنگامی که گیت به منبع و جریان تخلیه اتصال کوتاه می کند. 250μA است. . VDS را "حداکثر ولتاژ مطلق در 25 درجه سانتیگراد" نیز می نامند، اما باید به خاطر داشت که این ولتاژ مطلق وابسته به دما است و معمولا "ضریب دمای VDS" در برگه داده وجود دارد. همچنین باید بدانید که حداکثر VDS ولتاژ DC به اضافه هر نوک ولتاژ و موجی است که ممکن است در مدار وجود داشته باشد. به عنوان مثال، اگر از یک دستگاه 30 ولت بر روی منبع تغذیه 30 ولت با یک اسپایک 100 میلی ولت، 5 ثانیه استفاده کنید، ولتاژ از حداکثر مطلق دستگاه فراتر می رود و ممکن است دستگاه وارد حالت بهمنی شود. در این مورد، قابلیت اطمینان ماسفت را نمی توان تضمین کرد. در دماهای بالا، ضریب دما می تواند به طور قابل توجهی ولتاژ شکست را تغییر دهد. به عنوان مثال، برخی از ماسفت های کانال N با درجه ولتاژ 600 ولت دارای ضریب دمایی مثبت هستند. با نزدیک شدن به حداکثر دمای اتصال خود، ضریب دما باعث می شود که این ماسفت ها مانند ماسفت های 650 ولتی رفتار کنند. بسیاری از قوانین طراحی کاربران ماسفت به ضریب کاهش 10 تا 20 درصد نیاز دارند. در برخی از طرح ها، با توجه به اینکه ولتاژ شکست واقعی 5 تا 10 درصد بیشتر از مقدار نامی در دمای 25 درجه سانتی گراد است، حاشیه طراحی مفید مربوطه به طرح واقعی اضافه می شود که برای طراحی بسیار مفید است. به همان اندازه برای انتخاب صحیح ماسفت ها، درک نقش ولتاژ منبع گیت VGS در طول فرآیند هدایت است. این ولتاژ ولتاژی است که هدایت کامل ماسفت را تحت شرایط حداکثر RDS(روشن) تضمین می کند. به همین دلیل است که مقاومت روشن همیشه با سطح VGS مرتبط است و تنها در این ولتاژ است که می توان دستگاه را روشن کرد. یک نتیجه مهم طراحی این است که شما نمی توانید ماسفت را با ولتاژی کمتر از حداقل VGS مورد استفاده برای رسیدن به رتبه RDS(روشن) به طور کامل روشن کنید. برای مثال، برای روشن کردن کامل ماسفت با میکروکنترلر 3.3 ولت، باید بتوانید ماسفت را با VGS=2.5 ولت یا کمتر روشن کنید.
مقاومت در برابر، شارژ دروازه، و "شکل شایستگی"
مقاومت روشن یک ماسفت همیشه در یک یا چند ولتاژ گیت به منبع تعیین می شود. حداکثر محدودیت RDS(روشن) می تواند 20% تا 50% بیشتر از مقدار معمولی باشد. حداکثر حد RDS(روشن) معمولاً به مقدار در دمای تقاطع 25 درجه سانتیگراد اشاره دارد. در دماهای بالاتر، RDS(روشن) می تواند 30% تا 150% افزایش یابد، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. از آنجایی که RDS(روشن) با دما تغییر می کند و حداقل مقدار مقاومت را نمی توان تضمین کرد، تشخیص جریان بر اساس RDS(on) نمی باشد. یک روش بسیار دقیق
شکل 1 RDS(روشن) با دما در محدوده 30% تا 150% حداکثر دمای عملیاتی افزایش می‌یابد.
مقاومت روشن برای ماسفت های N-channel و P-channel بسیار مهم است. در منابع تغذیه سوئیچینگ، Qg یک معیار انتخاب کلیدی برای ماسفت های کانال N است که در منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود زیرا Qg بر تلفات سوئیچینگ تأثیر می گذارد. این تلفات دو اثر دارند: یکی زمان سوئیچینگ است که بر روشن و خاموش شدن ماسفت تأثیر می گذارد. دیگری انرژی مورد نیاز برای شارژ ظرفیت گیت در طول هر فرآیند سوئیچینگ است. نکته ای که باید در نظر داشت این است که Qg به ولتاژ منبع گیت بستگی دارد، حتی اگر استفاده از Vgs کمتر تلفات سوئیچینگ را کاهش دهد. به عنوان یک روش سریع برای مقایسه MOSFET هایی که برای استفاده در برنامه های سوئیچینگ در نظر گرفته شده اند، طراحان اغلب از یک فرمول منحصر به فرد متشکل از RDS(روشن) برای تلفات هدایت و Qg برای تلفات سوئیچینگ استفاده می کنند: RDS(روشن) xQg. این "شکل شایستگی" (FOM) عملکرد دستگاه را خلاصه می کند و به ماسفت ها اجازه می دهد تا از نظر مقادیر معمولی یا حداکثر مقایسه شوند. برای اطمینان از مقایسه دقیق بین دستگاه‌ها، باید مطمئن شوید که VGS یکسان برای RDS(on) و Qg استفاده می‌شود و مقادیر معمولی و حداکثر در نشریه با هم مخلوط نمی‌شوند. FOM پایین عملکرد بهتری را در تغییر برنامه ها به شما می دهد، اما تضمینی نیست. بهترین نتایج مقایسه را فقط در یک مدار واقعی می توان به دست آورد و در برخی موارد ممکن است مدار برای هر ماسفت به دقت تنظیم شود. جریان نامی و اتلاف توان، بر اساس شرایط مختلف آزمایش، اکثر ماسفت ها یک یا چند جریان تخلیه پیوسته در برگه داده دارند. باید به دقت به برگه داده نگاه کنید تا بفهمید که آیا درجه بندی در دمای مورد مشخص (مثلاً TC = 25 درجه سانتیگراد)، یا دمای محیط (مانند TA = 25 درجه سانتیگراد) است. اینکه کدام یک از این مقادیر بیشتر مرتبط است به ویژگی ها و کاربرد دستگاه بستگی دارد (شکل 2 را ببینید).
شکل 2 تمام مقادیر حداکثر مطلق جریان و توان داده های واقعی هستند
برای دستگاه‌های نصب سطحی کوچک که در دستگاه‌های دستی استفاده می‌شوند، مناسب‌ترین سطح جریان ممکن است در دمای محیطی 70 درجه سانتیگراد باشد. برای تجهیزات بزرگ با هیت سینک و خنک کننده هوای اجباری، سطح فعلی در TA=25 ℃ ممکن است به وضعیت واقعی نزدیک تر باشد. برای برخی از دستگاه ها، قالب می تواند جریان بیشتری را در حداکثر دمای محل اتصال خود نسبت به محدودیت های بسته تحمل کند. در برخی از برگه‌های داده، این سطح فعلی «محدود شده» اطلاعات اضافی نسبت به سطح فعلی «محدودیت بسته» است که می‌تواند به شما ایده‌ای از استحکام قالب بدهد. ملاحظات مشابهی در مورد اتلاف مداوم توان اعمال می شود که نه تنها به دما بلکه به زمان نیز بستگی دارد. دستگاهی را تصور کنید که به طور مداوم در PD=4W به مدت 10 ثانیه در TA=70℃ کار می کند. آنچه که یک دوره زمانی "پیوسته" را تشکیل می دهد بر اساس بسته ماسفت متفاوت خواهد بود، بنابراین می خواهید از نمودار امپدانس گذرای حرارتی نرمال شده از برگه داده استفاده کنید تا ببینید اتلاف توان بعد از 10 ثانیه، 100 ثانیه یا 10 دقیقه چگونه به نظر می رسد. . همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، ضریب مقاومت حرارتی این دستگاه تخصصی پس از یک پالس 10 ثانیه تقریباً 0.33 است، به این معنی که هنگامی که بسته پس از تقریباً 10 دقیقه به اشباع حرارتی رسید، ظرفیت اتلاف حرارت دستگاه به جای 4 وات تنها 1.33 وات است. . اگر چه ظرفیت اتلاف حرارت دستگاه می تواند در شرایط خنک کننده خوب به حدود 2 وات برسد.
شکل 3 مقاومت حرارتی ماسفت هنگام اعمال پالس قدرت
در واقع می توانیم نحوه انتخاب ماسفت را به چهار مرحله تقسیم کنیم.
مرحله اول: N channel یا P channel را انتخاب کنید
اولین قدم در انتخاب دستگاه مناسب برای طراحی، تصمیم گیری در مورد استفاده از ماسفت N-channel یا P-channel است. در یک برنامه برق معمولی، هنگامی که یک ماسفت به زمین وصل می شود و بار به ولتاژ برق وصل می شود، ماسفت کلید سمت پایین را تشکیل می دهد. در سوئیچ سمت پایین، ماسفت های کانال N باید با توجه به ولتاژ مورد نیاز برای خاموش یا روشن کردن دستگاه استفاده شوند. هنگامی که ماسفت به باس متصل می شود و به زمین بار می شود، از یک کلید سمت بالا استفاده می شود. در این توپولوژی معمولا از ماسفت های کانال P استفاده می شود که این نیز به دلیل ملاحظات درایو ولتاژ است. برای انتخاب دستگاه مناسب برای برنامه خود، باید ولتاژ مورد نیاز برای راه اندازی دستگاه و ساده ترین راه برای انجام آن را در طراحی خود تعیین کنید. مرحله بعدی تعیین درجه ولتاژ مورد نیاز یا حداکثر ولتاژی است که دستگاه می تواند تحمل کند. هر چه درجه ولتاژ بالاتر باشد، هزینه دستگاه نیز بیشتر می شود. طبق تجربه عملی، ولتاژ نامی باید بیشتر از ولتاژ شبکه یا ولتاژ شین باشد. این محافظت کافی را فراهم می کند تا ماسفت از کار نیفتد. هنگام انتخاب ماسفت، لازم است حداکثر ولتاژ قابل تحمل از تخلیه به منبع، یعنی حداکثر VDS را تعیین کنید. مهم است بدانید که حداکثر ولتاژ یک ماسفت می تواند تغییرات دما را تحمل کند. طراحان باید تغییرات ولتاژ را در کل محدوده دمای عملیاتی آزمایش کنند. ولتاژ نامی باید حاشیه کافی برای پوشش این محدوده تغییرات داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که مدار خراب نمی شود. سایر عوامل ایمنی که مهندسان طراح باید در نظر بگیرند عبارتند از گذراهای ولتاژ ناشی از سوئیچینگ الکترونیک مانند موتورها یا ترانسفورماتورها. ولتاژهای نامی برای کاربردهای مختلف متفاوت است. به طور معمول، 20 ولت برای دستگاه های قابل حمل، 20-30 ولت برای منابع تغذیه FPGA، و 450-600 ولت برای برنامه های کاربردی 85-220 VAC.
مرحله 2: جریان نامی را تعیین کنید
مرحله دوم انتخاب رتبه فعلی ماسفت است. بسته به پیکربندی مدار، این جریان نامی باید حداکثر جریانی باشد که بار تحت هر شرایطی می تواند تحمل کند. مشابه وضعیت ولتاژ، طراح باید اطمینان حاصل کند که MOSFET انتخاب شده می تواند این درجه بندی جریان را تحمل کند، حتی زمانی که سیستم افزایش جریان را تولید می کند. دو حالت فعلی در نظر گرفته شده عبارتند از حالت پیوسته و نوک پالس. در حالت هدایت پیوسته، ماسفت در حالت ثابت است، جایی که جریان به طور مداوم از دستگاه عبور می کند. سنبله پالس به یک موج بزرگ (یا جریان سنبله) اشاره دارد که از طریق دستگاه جریان می یابد. هنگامی که حداکثر جریان تحت این شرایط تعیین می شود، به سادگی باید وسیله ای را انتخاب کنید که بتواند این حداکثر جریان را تحمل کند. پس از انتخاب جریان نامی، تلفات هدایت نیز باید محاسبه شود. در شرایط واقعی، ماسفت یک دستگاه ایده آل نیست، زیرا در طول فرآیند هدایت، انرژی الکتریکی از دست می رود که به آن افت هدایت می گویند. یک ماسفت زمانی که "روشن" است مانند یک مقاومت متغیر عمل می کند که توسط RDS(ON) دستگاه تعیین می شود و با دما تغییر قابل توجهی می کند. اتلاف برق دستگاه توسط Iload2×RDS(ON) قابل محاسبه است. از آنجایی که مقاومت روشن با دما تغییر می کند، تلفات توان نیز به طور متناسب تغییر می کند. هر چه ولتاژ VGS اعمال شده به ماسفت بیشتر باشد، RDS(ON) کوچکتر خواهد بود. برعکس، RDS(ON) بالاتر خواهد بود. برای طراح سیستم، این جایی است که مبادلات بسته به ولتاژ سیستم ایجاد می شود. برای طرح‌های قابل حمل، استفاده از ولتاژهای پایین‌تر آسان‌تر (و متداول‌تر) است، در حالی که برای طرح‌های صنعتی می‌توان از ولتاژهای بالاتر استفاده کرد. توجه داشته باشید که مقاومت RDS(ON) با جریان کمی افزایش می یابد. تغییرات در پارامترهای مختلف الکتریکی مقاومت RDS(ON) را می توان در برگه اطلاعات فنی ارائه شده توسط سازنده پیدا کرد. فناوری تأثیر قابل توجهی بر ویژگی‌های دستگاه دارد، زیرا برخی فناوری‌ها تمایل دارند RDS(ON) را هنگام افزایش حداکثر VDS افزایش دهند. برای چنین فناوری، اگر قصد دارید VDS و RDS(ON) را کاهش دهید، باید اندازه تراشه را افزایش دهید، در نتیجه اندازه بسته منطبق و هزینه های توسعه مرتبط را افزایش دهید. فناوری های مختلفی در این صنعت وجود دارد که سعی در کنترل افزایش اندازه تراشه دارند که از مهمترین آنها می توان به فناوری های متعادل کننده کانال و شارژ اشاره کرد. در فناوری ترانچ، یک ترانشه عمیق در ویفر تعبیه شده است که معمولاً برای ولتاژهای پایین در نظر گرفته شده است تا مقاومت RDS(ON) را کاهش دهد. به منظور کاهش تأثیر حداکثر VDS بر روی RDS (ON)، یک فرآیند ستون رشد همپایی / ستون اچ در طول فرآیند توسعه استفاده شد. به عنوان مثال، Fairchild Semiconductor فناوری به نام SuperFET را توسعه داده است که مراحل تولید اضافی را برای کاهش RDS(ON) اضافه می کند. این تمرکز روی RDS(ON) مهم است زیرا با افزایش ولتاژ شکست یک ماسفت استاندارد، RDS(ON) به طور تصاعدی افزایش می‌یابد و منجر به افزایش اندازه قالب می‌شود. فرآیند SuperFET رابطه نمایی بین RDS(ON) و اندازه ویفر را به یک رابطه خطی تغییر می دهد. به این ترتیب، دستگاه‌های SuperFET می‌توانند RDS (ON) ایده‌آل را در اندازه‌های قالب کوچک، حتی با ولتاژ خرابی تا 600 ولت، به دست آورند. نتیجه این است که اندازه ویفر را می توان تا 35٪ کاهش داد. برای کاربران نهایی، این به معنای کاهش قابل توجه در اندازه بسته است.
مرحله سوم: تعیین نیازهای حرارتی
مرحله بعدی در انتخاب ماسفت محاسبه نیاز حرارتی سیستم است. طراحان باید دو سناریو متفاوت، بدترین سناریو و سناریوی واقعی را در نظر بگیرند. توصیه می شود از نتیجه محاسباتی در بدترین حالت استفاده کنید، زیرا این نتیجه حاشیه ایمنی بیشتری را فراهم می کند و تضمین می کند که سیستم از کار نخواهد افتاد. همچنین برخی از داده های اندازه گیری وجود دارد که نیاز به توجه در برگه داده ماسفت دارند. مانند مقاومت حرارتی بین اتصال نیمه هادی دستگاه بسته بندی شده و محیط و حداکثر دمای اتصال. دمای محل اتصال دستگاه برابر است با حداکثر دمای محیط به اضافه حاصلضرب مقاومت حرارتی و اتلاف توان (دمای اتصال = حداکثر دمای محیط + [مقاومت حرارتی × اتلاف توان]). با توجه به این معادله حداکثر اتلاف توان سیستم قابل حل است که طبق تعریف برابر با I2×RDS(ON) است. از آنجایی که طراح حداکثر جریانی را که از دستگاه عبور می کند تعیین کرده است، RDS(ON) را می توان در دماهای مختلف محاسبه کرد. شایان ذکر است که هنگام برخورد با مدل های حرارتی ساده، طراحان باید ظرفیت حرارتی محل اتصال نیمه هادی/مورد دستگاه و کیس/محیط را نیز در نظر بگیرند. این مستلزم آن است که برد مدار چاپی و بسته بلافاصله گرم نشوند. خرابی بهمن به این معنی است که ولتاژ معکوس در دستگاه نیمه هادی از حداکثر مقدار فراتر رفته و یک میدان الکتریکی قوی برای افزایش جریان در دستگاه ایجاد می کند. این جریان برق را از بین می برد، دمای دستگاه را افزایش می دهد و احتمالاً به دستگاه آسیب می رساند. شرکت های نیمه هادی تست بهمن را روی دستگاه ها انجام می دهند، ولتاژ بهمنی آنها را محاسبه می کنند یا استحکام دستگاه را آزمایش می کنند. دو روش برای محاسبه ولتاژ نامی بهمن وجود دارد. یکی روش آماری و دیگری محاسبات حرارتی است. محاسبه حرارتی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد زیرا عملی تر است. بسیاری از شرکت ها جزئیات تست دستگاه خود را ارائه کرده اند. به عنوان مثال، Fairchild Semiconductor "دستورالعمل‌های بهمنی ماسفت برقی" را ارائه می‌دهد (دستورالعمل‌های Power MOSFET Avalanche-از وب‌سایت Fairchild قابل دانلود است). علاوه بر محاسبات، فناوری همچنین تأثیر زیادی بر اثر بهمن دارد. به عنوان مثال، افزایش اندازه قالب باعث افزایش مقاومت در برابر بهمن و در نهایت افزایش استحکام دستگاه می شود. برای کاربران نهایی، این به معنای استفاده از بسته های بزرگتر در سیستم است.
مرحله 4: عملکرد سوئیچ را تعیین کنید
مرحله آخر در انتخاب ماسفت، تعیین عملکرد سوئیچینگ ماسفت است. پارامترهای زیادی وجود دارد که بر عملکرد سوئیچینگ تأثیر می‌گذارد، اما مهمترین آنها عبارتند از: گیت/تخلیه، گیت/منبع و ظرفیت تخلیه/منبع. این خازن ها تلفات سوئیچینگ را در دستگاه ایجاد می کنند زیرا هر بار که سوئیچ می کنند شارژ می شوند. بنابراین سرعت سوئیچینگ ماسفت کاهش می یابد و راندمان دستگاه نیز کاهش می یابد. برای محاسبه مجموع تلفات یک دستگاه در هنگام سوئیچینگ، طراح باید تلفات در هنگام روشن شدن (Eon) و تلفات هنگام خاموش شدن (Eoff) را محاسبه کند. توان کل سوئیچ ماسفت را می توان با معادله زیر بیان کرد: Psw=(Eon+Eoff)×فرکانس سوئیچینگ. شارژ گیت (Qgd) بیشترین تأثیر را بر عملکرد سوئیچینگ دارد. بر اساس اهمیت عملکرد سوئیچینگ، فناوری های جدید به طور مداوم برای حل این مشکل سوئیچینگ در حال توسعه هستند. افزایش اندازه تراشه شارژ گیت را افزایش می دهد. این باعث افزایش اندازه دستگاه می شود. به منظور کاهش تلفات سوئیچینگ، فن‌آوری‌های جدیدی مانند اکسیداسیون کف ضخیم کانال با هدف کاهش شارژ گیت پدید آمده‌اند. به عنوان مثال، فناوری جدید SuperFET می تواند تلفات هدایت را به حداقل برساند و عملکرد سوئیچینگ را با کاهش RDS(ON) و شارژ گیت (Qg) بهبود بخشد. به این ترتیب، ماسفت ها می توانند با گذراهای ولتاژ پرسرعت (dv/dt) و گذراهای جریان (di/dt) در حین سوئیچینگ کنار بیایند و حتی می توانند به طور قابل اعتماد در فرکانس های سوئیچینگ بالاتر عمل کنند.
زمان ارسال: اکتبر-23-2023
