ელექტრო ნახევარგამტარული მოწყობილობები ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში, მოხმარებაში, სამხედრო და სხვა სფეროებში და აქვთ მაღალი სტრატეგიული პოზიცია. მოდით შევხედოთ ელექტრო მოწყობილობების საერთო სურათს სურათიდან:
ელექტრული ნახევარგამტარული მოწყობილობები შეიძლება დაიყოს სრულ ტიპად, ნახევრად კონტროლირებად და უმართავ ტიპებად მიკროსქემის სიგნალების კონტროლის ხარისხის მიხედვით. ან მამოძრავებელი მიკროსქემის სიგნალის თვისებების მიხედვით, ის შეიძლება დაიყოს ძაბვაზე მამოძრავებელ ტიპად, დენზე მამოძრავებელ ტიპად და ა.შ.
| კლასიფიკაცია | ტიპი | სპეციფიური სიმძლავრის ნახევარგამტარული მოწყობილობები |
| ელექტრული სიგნალების კონტროლირებადი | ნახევრად კონტროლირებადი ტიპი | SCR |
| სრული კონტროლი | GTO, GTR, MOSFET, IGBT | |
| უკონტროლო | დენის დიოდი | |
| მამოძრავებელი სიგნალის თვისებები | ძაბვის მამოძრავებელი ტიპი | IGBT, MOSFET, SITH |
| მიმდინარე ორიენტირებული ტიპი | SCR, GTO, GTR | |
| ეფექტური სიგნალის ტალღის ფორმა | პულსის ტრიგერის ტიპი | SCR, GTO |
| ელექტრონული კონტროლის ტიპი | GTR, MOSFET, IGBT | |
| სიტუაციები, რომლებშიც მონაწილეობენ დენის მატარებელი ელექტრონები | ბიპოლარული მოწყობილობა | დენის დიოდი, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| უნიპოლარული მოწყობილობა | MOSFET, SIT | |
| კომპოზიტური მოწყობილობა | MCT, IGBT, SITH და IGCT |
სხვადასხვა სიმძლავრის ნახევარგამტარულ მოწყობილობებს აქვთ განსხვავებული მახასიათებლები, როგორიცაა ძაბვა, დენის სიმძლავრე, წინაღობის უნარი და ზომა. ფაქტობრივი გამოყენებისას შესაბამისი მოწყობილობები უნდა შეირჩეს სხვადასხვა სფეროსა და საჭიროებების მიხედვით.
ნახევარგამტარების ინდუსტრიამ დაბადებიდან სამი თაობის მატერიალური ცვლილებები განიცადა. დღემდე, პირველი ნახევარგამტარული მასალა, რომელიც წარმოდგენილია Si-ით, ძირითადად გამოიყენება ელექტრო ნახევარგამტარული მოწყობილობების სფეროში.
| ნახევარგამტარული მასალა | ბანდგაპი (eV) | დნობის წერტილი (K) | მთავარი აპლიკაცია | |
| 1-ლი თაობის ნახევარგამტარული მასალები | Ge | 1.1 | 1221 წ | დაბალი ძაბვის, დაბალი სიხშირის, საშუალო სიმძლავრის ტრანზისტორები, ფოტოდეტექტორები |
| მე-2 თაობის ნახევარგამტარული მასალები | Si | 0.7 | 1687 წ | |
| მე -3 თაობის ნახევარგამტარული მასალები | GaAs | 1.4 | 1511 წ | მიკროტალღური, მილიმეტრიანი ტალღის მოწყობილობები, სინათლის გამოსხივების მოწყობილობები |
| SiC | 3.05 | 2826 წ | 1. მაღალი ტემპერატურის, მაღალი სიხშირის, რადიაციისადმი მდგრადი მაღალი სიმძლავრის მოწყობილობები 2. ცისფერი, კლასის, იისფერი სინათლის დიოდები, ნახევარგამტარული ლაზერები | |
| GaN | 3.4 | 1973 წ | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | - 3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 | ||
შეაჯამეთ ნახევრად კონტროლირებადი და სრულად კონტროლირებადი დენის მოწყობილობების მახასიათებლები:
| მოწყობილობის ტიპი | SCR | GTR | MOSFET | IGBT |
| კონტროლის ტიპი | პულსის გამომწვევი | მიმდინარე კონტროლი | ძაბვის კონტროლი | კინოცენტრი |
| თვითგამორთვის ხაზი | კომუტაციის გამორთვა | თვითგამორთვის მოწყობილობა | თვითგამორთვის მოწყობილობა | თვითგამორთვის მოწყობილობა |
| სამუშაო სიხშირე | ＜1კჰც | ＜30კჰც | 20კჰც-მჰც | ＜40კჰც |
| მამოძრავებელი ძალა | პატარა | დიდი | პატარა | პატარა |
| გადართვის დანაკარგები | დიდი | დიდი | დიდი | დიდი |
| გამტარობის დაკარგვა | პატარა | პატარა | დიდი | პატარა |
| ძაბვის და დენის დონე | 最大 | დიდი | მინიმალური | მეტი |
| ტიპიური აპლიკაციები | საშუალო სიხშირის ინდუქციური გათბობა | UPS სიხშირის გადამყვანი | გადართვის კვების წყარო | UPS სიხშირის გადამყვანი |
| ფასი | ყველაზე დაბალი | ქვედა | შუაში | ყველაზე ძვირი |
| გამტარობის მოდულაციის ეფექტი | აქვს | აქვს | არცერთი | აქვს |
გაეცანით MOSFET-ებს
MOSFET-ს აქვს მაღალი შეყვანის წინაღობა, დაბალი ხმაური და კარგი თერმული სტაბილურობა; მას აქვს მარტივი წარმოების პროცესი და ძლიერი გამოსხივება, ამიტომ ჩვეულებრივ გამოიყენება გამაძლიერებლის სქემებში ან გადართვის სქემებში;
(1) ძირითადი შერჩევის პარამეტრები: გადინების წყაროს ძაბვა VDS (ძაბვის გაუძლო), ID უწყვეტი გაჟონვის დენი, RDS(ჩართული) წინააღმდეგობა, Ciss შეყვანის ტევადობა (შეერთების ტევადობა), ხარისხის ფაქტორი FOM=Ron*Qg და ა.შ.
(2) სხვადასხვა პროცესის მიხედვით, იგი იყოფა TrenchMOS-ად: თხრილის MOSFET, ძირითადად დაბალი ძაბვის ველში 100 ვ-ის ფარგლებში; SGT (Split Gate) MOSFET: გაყოფილი კარიბჭე MOSFET, ძირითადად საშუალო და დაბალი ძაბვის ველში 200 ვ-ის ფარგლებში; SJ MOSFET: სუპერ შეერთების MOSFET, ძირითადად მაღალი ძაბვის ველში 600-800V;
გადართვის ელექტრომომარაგებაში, როგორიცაა ღია დრენაჟის წრე, დრენაჟი დაკავშირებულია უცვლელ დატვირთვასთან, რომელსაც ეწოდება ღია დრენაჟი. ღია დრენაჟის წრეში, რაც არ უნდა მაღალი ძაბვის იყოს დაკავშირებული დატვირთვა, დატვირთვის დენის ჩართვა და გამორთვა შესაძლებელია. ეს არის იდეალური ანალოგური გადართვის მოწყობილობა. ეს არის MOSFET-ის, როგორც გადართვის მოწყობილობის პრინციპი.
ბაზრის წილის თვალსაზრისით, MOSFET-ები თითქმის ყველა კონცენტრირებულია მსხვილი საერთაშორისო მწარმოებლების ხელში. მათ შორის, Infineon-მა შეიძინა IR (American International Rectifier Company) 2015 წელს და გახდა ინდუსტრიის ლიდერი. ON Semiconductor-მა ასევე დაასრულა Fairchild Semiconductor-ის შეძენა 2016 წლის სექტემბერში. ბაზრის წილი გადახტა მეორე ადგილზე, შემდეგ კი გაყიდვების რეიტინგები იყო Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna და ა.შ.;
ძირითადი MOSFET ბრენდები იყოფა რამდენიმე სერიად: ამერიკულ, იაპონურ და კორეულ.
ამერიკული სერიები: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS და ა.შ.;
იაპონური: Toshiba, Renesas, ROHM და ა.შ.;
კორეული სერიები: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
MOSFET პაკეტის კატეგორიები
PCB დაფაზე დაყენების წესის მიხედვით, არსებობს MOSFET პაკეტის ორი ძირითადი ტიპი: დანამატი (Through Hole) და ზედაპირზე სამონტაჟო (Surface Mount). ,
დანამატის ტიპი ნიშნავს, რომ MOSFET-ის ქინძისთავები გადის PCB დაფის სამონტაჟო ხვრელებში და შედუღებულია PCB დაფაზე. საერთო დანამატის პაკეტებში შედის: ორმაგი in-line პაკეტი (DIP), ტრანზისტორი კონტურის პაკეტი (TO) და pin grid array პაკეტი (PGA).
დანამატის შეფუთვა
ზედაპირული მონტაჟი არის ადგილი, სადაც MOSFET-ის ქინძისთავები და სითბოს გაფრქვევის ფარნა შედუღებულია ბალიშებზე PCB დაფის ზედაპირზე. ზედაპირზე დამაგრების ტიპიური პაკეტები მოიცავს: ტრანზისტორის მონახაზს (D-PAK), მცირე კონტურის ტრანზისტორის (SOT), მცირე კონტურის პაკეტს (SOP), ოთხ ბრტყელ შეფუთვას (QFP), პლასტმასის ჩიპიანი ჩიპის მატარებელს (PLCC) და ა.შ.
ზედაპირზე სამონტაჟო პაკეტი
ტექნოლოგიის განვითარებით, PCB დაფები, როგორიცაა დედაპლატები და გრაფიკული ბარათები, ამჟამად იყენებენ სულ უფრო და უფრო ნაკლებ პირდაპირ დანამატის შეფუთვას და უფრო მეტი ზედაპირზე დასამაგრებელი შეფუთვა გამოიყენება.
1. ორმაგი შიდა პაკეტი (DIP)
DIP პაკეტს აქვს ორი მწკრივი ქინძისთავები და უნდა იყოს ჩასმული DIP სტრუქტურის მქონე ჩიპის ბუდეში. მისი დერივაციის მეთოდია SDIP (Shrink DIP), რომელიც არის შემცირებული ორმაგი ხაზის პაკეტი. პინის სიმკვრივე 6-ჯერ მეტია, ვიდრე DIP-ის.
DIP შეფუთვის სტრუქტურის ფორმები მოიცავს: მრავალშრიანი კერამიკული ორმაგი ხაზის DIP, ერთფენიანი კერამიკული ორმაგი ხაზის DIP, ტყვიის ჩარჩო DIP (მათ შორის მინა-კერამიკული დალუქვის ტიპი, პლასტმასის კაფსულაციის სტრუქტურის ტიპი, კერამიკული დაბალი დნობის მინის კაფსულა). ტიპი) და ა.შ. DIP შეფუთვის მახასიათებელია ის, რომ მას შეუძლია ადვილად განახორციელოს PCB დაფების ხვრელით შედუღება და აქვს კარგი თავსებადობა დედაპლატასთან.
თუმცა, იმის გამო, რომ მისი შეფუთვის ფართობი და სისქე შედარებით დიდია, ხოლო ქინძისთავები ადვილად ზიანდება ჩართვისა და გამორთვის პროცესში, საიმედოობა დაბალია. ამავდროულად, პროცესის გავლენის გამო, ქინძისთავები ზოგადად არ აღემატება 100-ს. ამიტომ, ელექტრონული ინდუსტრიის მაღალი ინტეგრაციის პროცესში, DIP შეფუთვა თანდათან შორდება ისტორიის სცენას.
2. ტრანზისტორი კონტურის პაკეტი (TO)
ადრეული შეფუთვის სპეციფიკაციები, როგორიცაა TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 და ა.შ. ყველა დანამატის შეფუთვის დიზაინია.
TO-3P/247: ეს არის ჩვეულებრივ გამოყენებული შეფუთვის ფორმა საშუალო მაღალი ძაბვის და მაღალი დენის MOSFET-ებისთვის. პროდუქტს აქვს მაღალი გამძლეობის ძაბვისა და ძლიერი ავარიის წინააღმდეგობის მახასიათებლები. ,
TO-220/220F: TO-220F არის მთლიანად პლასტიკური შეფუთვა და არ არის საჭირო რადიატორზე დაყენებისას საიზოლაციო საფენის დამატება; TO-220-ს აქვს ლითონის ფურცელი, რომელიც დაკავშირებულია შუა ქინძისთავთან და რადიატორის დაყენებისას საჭიროა საიზოლაციო საფენი. ამ ორი პაკეტის სტილის MOSFET-ებს აქვთ მსგავსი გარეგნობა და მათი გამოყენება შესაძლებელია ურთიერთშენაცვლებით. ,
TO-251: ეს შეფუთული პროდუქტი ძირითადად გამოიყენება ხარჯების შესამცირებლად და პროდუქტის ზომის შესამცირებლად. იგი ძირითადად გამოიყენება საშუალო ძაბვისა და მაღალი დენის მქონე გარემოში 60A-ზე ქვემოთ და მაღალი ძაბვის 7N-ზე დაბალი. ,
TO-92: ეს პაკეტი გამოიყენება მხოლოდ დაბალი ძაბვის MOSFET-ისთვის (დენი 10A-ზე ქვემოთ, უძლებს ძაბვას 60 ვ-ზე ქვემოთ) და მაღალი ძაბვის 1N60/65-ისთვის, ხარჯების შემცირების მიზნით.
ბოლო წლების განმავლობაში, დანამატის შეფუთვის პროცესის შედუღების მაღალი ღირებულებისა და პატჩის ტიპის პროდუქტებზე სითბოს გაფრქვევის დაბალი ხარისხის გამო, მოთხოვნა ზედაპირზე დამონტაჟების ბაზარზე კვლავ იზრდება, რამაც ასევე გამოიწვია TO შეფუთვის განვითარება. ზედაპირზე სამონტაჟო შეფუთვაში.
TO-252 (ასევე ეძახიან D-PAK) და TO-263 (D2PAK) ორივე ზედაპირზე დასამაგრებელი პაკეტია.
TO შეფუთვის პროდუქტის გარეგნობა
TO252/D-PAK არის პლასტიკური ჩიპების პაკეტი, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება დენის ტრანზისტორების და ძაბვის სტაბილიზაციის ჩიპების შესაფუთად. ეს არის ერთ-ერთი მიმდინარე ძირითადი პაკეტი. MOSFET-ს, რომელიც იყენებს ამ შეფუთვის მეთოდს, აქვს სამი ელექტროდი, კარიბჭე (G), გადინება (D) და წყარო (S). სანიაღვრე (D) ქინძისთავი მოჭრილია და არ გამოიყენება. სამაგიეროდ, უკანა მხარეს გამათბობელი გამოიყენება როგორც სადრენაჟე (D), რომელიც პირდაპირ შედუღებულია PCB-ზე. ერთის მხრივ, იგი გამოიყენება დიდი დენების გამოსაყვანად, ხოლო მეორეს მხრივ, ის ანაწილებს სითბოს PCB-ის მეშვეობით. ამიტომ, PCB-ზე არის სამი D-PAK ბალიშები, ხოლო სანიაღვრე (D) ბალიშები უფრო დიდია. მისი შეფუთვის სპეციფიკაციები შემდეგია:
TO-252/D-PAK პაკეტის ზომის სპეციფიკაციები
TO-263 არის TO-220-ის ვარიანტი. იგი ძირითადად შექმნილია წარმოების ეფექტურობისა და სითბოს გაფრქვევის გასაუმჯობესებლად. იგი მხარს უჭერს უკიდურესად მაღალ დენსა და ძაბვას. ის უფრო ხშირია საშუალო ძაბვის მაღალი დენის MOSFET-ებში 150A-ზე და 30V-ზე ზემოთ. გარდა D2PAK-ისა (TO-263AB), იგი ასევე მოიცავს TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 და სხვა სტილებს, რომლებიც ექვემდებარება TO-263-ს, ძირითადად ქინძისთავების განსხვავებული რაოდენობისა და მანძილის გამო. .
TO-263/D2PAK პაკეტის ზომის სპეციფიკაციაs
3. დამაგრების ქსელის მასივის პაკეტი (PGA)
PGA (Pin Grid Array Package) ჩიპის შიგნით და გარეთ არის მრავალი კვადრატული მასივის პინი. თითოეული კვადრატული მასივის პინი განლაგებულია ჩიპის გარშემო გარკვეულ მანძილზე. ქინძისთავების რაოდენობის მიხედვით, ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს 2-დან 5 წრედ. ინსტალაციის დროს, უბრალოდ ჩადეთ ჩიპი სპეციალურ PGA სოკეტში. მას აქვს მარტივი ჩართვისა და გამორთვის უპირატესობები და მაღალი საიმედოობა და შეუძლია ადაპტირება მაღალ სიხშირეებზე.
PGA პაკეტის სტილი
მისი ჩიპური სუბსტრატების უმეტესობა დამზადებულია კერამიკული მასალისგან, ზოგი კი იყენებს სპეციალურ პლასტმასის ფისს, როგორც სუბსტრატს. ტექნოლოგიურად, პინის ცენტრის მანძილი ჩვეულებრივ 2.54 მმ-ია, ხოლო ქინძისთავები 64-დან 447-მდე მერყეობს. ამ ტიპის შეფუთვის მახასიათებელია ის, რომ რაც უფრო მცირეა შეფუთვის ფართობი (მოცულობა), მით ნაკლებია ენერგიის მოხმარება (შესრულება). ) უძლებს და პირიქით. ჩიპების შეფუთვის ეს სტილი უფრო გავრცელებული იყო ადრეულ დღეებში და ძირითადად გამოიყენებოდა მაღალი ენერგიის მოხმარების პროდუქტების შესაფუთად, როგორიცაა CPU. მაგალითად, Intel-ის 80486 და Pentium ყველა იყენებს შეფუთვის ამ სტილს; ის არ არის ფართოდ მიღებული MOSFET-ის მწარმოებლების მიერ.
4. მცირე მონახაზი ტრანზისტორი პაკეტი (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) არის პაჩის ტიპის მცირე სიმძლავრის ტრანზისტორი პაკეტი, ძირითადად მოიცავს SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (ანუ SOT23-5) და ა.შ. SOT323, SOT363/SOT26 (ანუ SOT23-6) და სხვა ტიპები მიღებული, რომლებიც ზომით უფრო მცირეა, ვიდრე TO პაკეტები.
SOT პაკეტის ტიპი
SOT23 არის საყოველთაოდ გამოყენებული ტრანზისტორი პაკეტი სამი ფრთის ფორმის ქინძისთავებით, კერძოდ, კოლექციონერი, ემიტერი და ბაზა, რომლებიც ჩამოთვლილია კომპონენტის გრძელი მხარის ორივე მხარეს. მათ შორის ემიტერი და ბაზა ერთ მხარესაა. ისინი გავრცელებულია დაბალი სიმძლავრის ტრანზისტორებში, საველე ეფექტის ტრანზისტორებში და კომპოზიტურ ტრანზისტორებში რეზისტორული ქსელებით. მათ აქვთ კარგი ძალა, მაგრამ ცუდი შედუღება. გარეგნობა ნაჩვენებია სურათზე (ა) ქვემოთ.
SOT89-ს აქვს ტრანზისტორის ერთ მხარეს გადანაწილებული სამი მოკლე პინი. მეორე მხარე არის ლითონის გამათბობელი, რომელიც დაკავშირებულია ბაზასთან, რათა გაზარდოს სითბოს გაფრქვევის შესაძლებლობა. ის გავრცელებულია სილიკონის სიმძლავრის ზედაპირზე სამონტაჟო ტრანზისტორებში და შესაფერისია მაღალი სიმძლავრის გამოყენებისთვის. გარეგნობა ნაჩვენებია სურათზე (ბ) ქვემოთ. ,
SOT143 აქვს ოთხი მოკლე ფრთის ფორმის ქინძისთავები, რომლებიც გამოყვანილია ორივე მხრიდან. ქინძის უფრო ფართო ბოლო არის კოლექტორი. ამ ტიპის პაკეტი გავრცელებულია მაღალი სიხშირის ტრანზისტორებში და მისი გარეგნობა ნაჩვენებია სურათზე (გ) ქვემოთ. ,
SOT252 არის მაღალი სიმძლავრის ტრანზისტორი სამი ქინძისთავით, რომელიც მიდის ერთი მხრიდან, ხოლო შუა პინი უფრო მოკლეა და არის კოლექტორი. შეაერთეთ მეორე ბოლოში უფრო დიდ ქინძისთავზე, რომელიც არის სპილენძის ფურცელი სითბოს გაფრქვევისთვის და მისი გარეგნობა ისეთია, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათზე (დ) ქვემოთ.
საერთო SOT პაკეტის გარეგნობის შედარება
ოთხი ტერმინალი SOT-89 MOSFET ჩვეულებრივ გამოიყენება დედაპლატებზე. მისი მახასიათებლები და ზომები შემდეგია:
SOT-89 MOSFET ზომის სპეციფიკაციები (ერთეული: მმ)
5. მცირე კონტურის პაკეტი (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) არის ერთ-ერთი ზედაპირული სამონტაჟო პაკეტი, რომელსაც ასევე უწოდებენ SOL ან DFP. ქინძისთავები ამოღებულია შეფუთვის ორივე მხრიდან თოლიას ფრთის ფორმით (L ფორმა). მასალები არის პლასტმასი და კერამიკა. SOP შეფუთვის სტანდარტები მოიცავს SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 და ა.შ. SOP-ის შემდეგ ნომერი მიუთითებს ქინძისთავების რაოდენობაზე. MOSFET SOP პაკეტების უმეტესობა იღებს SOP-8 სპეციფიკაციებს. ინდუსტრია ხშირად გამოტოვებს "P"-ს და შემოკლებით ასახელებს მას, როგორც SO (Small Out-Line).
SOP-8 პაკეტის ზომა
SO-8 პირველად შეიმუშავა კომპანია PHILIP-მა. იგი შეფუთულია პლასტმასში, არ აქვს სითბოს გაფრქვევის ქვედა ფირფიტა და აქვს ცუდი სითბოს გაფრქვევა. იგი ძირითადად გამოიყენება დაბალი სიმძლავრის MOSFET-ებისთვის. მოგვიანებით ეტაპობრივად იქნა მიღებული სტანდარტული სპეციფიკაციები, როგორიცაა TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) და ა.შ.; მათ შორის, TSOP და TSSOP ჩვეულებრივ გამოიყენება MOSFET შეფუთვაში.
SOP მიღებული სპეციფიკაციები, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება MOSFET-ებისთვის
6. ოთხკუთხა ბინა პაკეტი (QFP)
QFP (Plastic Quad Flat Package) პაკეტში ჩიპის ქინძისთავებს შორის მანძილი ძალიან მცირეა და ქინძისთავები ძალიან თხელია. ის ჩვეულებრივ გამოიყენება ფართომასშტაბიან ან ულტრადიდი ინტეგრირებულ სქემებში და ქინძისთავები, როგორც წესი, 100-ზე მეტია. ამ ფორმით შეფუთული ჩიპები უნდა გამოიყენონ SMT ზედაპირზე სამონტაჟო ტექნოლოგია ჩიპის დედაპლატზე დასამაგრებლად. შეფუთვის ამ მეთოდს აქვს ოთხი ძირითადი მახასიათებელი: ① შესაფერისია SMD ზედაპირზე სამონტაჟო ტექნოლოგიისთვის PCB მიკროსქემის დაფებზე გაყვანილობის დასაყენებლად; ② შესაფერისია მაღალი სიხშირის გამოყენებისთვის; ③ ადვილია მუშაობა და აქვს მაღალი საიმედოობა; ④ ჩიპის ფართობსა და შეფუთვის ადგილს შორის თანაფარდობა მცირეა. PGA შეფუთვის მეთოდის მსგავსად, ეს შეფუთვის მეთოდი ახვევს ჩიპს პლასტმასის შეფუთვაში და ვერ აშორებს წარმოქმნილ სითბოს, როდესაც ჩიპი დროულად მუშაობს. ის ზღუდავს MOSFET-ის მუშაობის გაუმჯობესებას; ხოლო თავად პლასტმასის შეფუთვა ზრდის მოწყობილობის ზომას, რომელიც არ აკმაყოფილებს ნახევარგამტარების განვითარების მოთხოვნებს მსუბუქი, თხელი, მოკლე და პატარა. გარდა ამისა, ამ ტიპის შეფუთვის მეთოდი ეფუძნება ერთ ჩიპს, რომელსაც აქვს დაბალი წარმოების ეფექტურობისა და შეფუთვის მაღალი ღირებულების პრობლემები. ამიტომ, QFP უფრო შესაფერისია ციფრული ლოგიკის LSI სქემებში გამოსაყენებლად, როგორიცაა მიკროპროცესორები/კარიბჭის მასივები, და ასევე შესაფერისია ანალოგური LSI მიკროსქემის პროდუქტების შესაფუთად, როგორიცაა VTR სიგნალის დამუშავება და აუდიო სიგნალის დამუშავება.
7, ოთხკუთხედი ბრტყელი პაკეტი მილების გარეშე (QFN)
QFN (Quad Flat Non-leaded პაკეტი) პაკეტი აღჭურვილია ელექტროდის კონტაქტებით ოთხივე მხარეს. იმის გამო, რომ არ არის მილები, სამონტაჟო არე უფრო მცირეა ვიდრე QFP და სიმაღლე უფრო დაბალია ვიდრე QFP. მათ შორის, კერამიკულ QFN-ს ასევე უწოდებენ LCC (Leadless Chip Carriers), ხოლო დაბალფასიან პლასტმასის QFN-ს, რომელიც იყენებს შუშის ეპოქსიდური ფისით დაბეჭდილი სუბსტრატის საბაზისო მასალას, ეწოდება პლასტიკური LCC, PCLC, P-LCC და ა.შ. ტექნოლოგია მცირე ზომის ბალიშებით, მცირე მოცულობით და პლასტმასით, როგორც დალუქვის მასალა. QFN ძირითადად გამოიყენება ინტეგრირებული მიკროსქემის შესაფუთად და MOSFET არ იქნება გამოყენებული. თუმცა, იმის გამო, რომ Intel-მა შესთავაზა ინტეგრირებული დრაივერი და MOSFET გადაწყვეტა, მან გამოუშვა DrMOS QFN-56 პაკეტში („56“ ეხება ჩიპის უკანა მხარეს არსებულ 56 კავშირის პინს).
უნდა აღინიშნოს, რომ QFN პაკეტს აქვს იგივე გარე ტყვიის კონფიგურაცია, როგორც ულტრა თხელი მცირე მონახაზის პაკეტს (TSSOP), მაგრამ მისი ზომა 62%-ით მცირეა, ვიდრე TSSOP. QFN მოდელირების მონაცემებით, მისი თერმული შესრულება 55%-ით მეტია, ვიდრე TSSOP შეფუთვა, ხოლო ელექტრული მაჩვენებლები (ინდუქციურობა და ტევადობა) 60%-ით და 30%-ით უფრო მაღალია, ვიდრე TSSOP შეფუთვა. ყველაზე დიდი მინუსი ის არის, რომ ძნელია შეკეთება.
DrMOS QFN-56 პაკეტში
ტრადიციული დისკრეტული DC/DC ეტაპობრივი გადართვის დენის წყაროები ვერ აკმაყოფილებენ მოთხოვნებს უფრო მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივისთვის და ვერ გადაჭრიან პარაზიტული პარამეტრის ეფექტების პრობლემას მაღალი გადართვის სიხშირეებზე. ტექნოლოგიის ინოვაციებითა და პროგრესით, რეალობად იქცა დრაივერების და MOSFET-ების ინტეგრირება მრავალჩიპიანი მოდულების შესაქმნელად. ინტეგრაციის ამ მეთოდს შეუძლია დაზოგოს მნიშვნელოვანი სივრცე და გაზარდოს ენერგიის მოხმარების სიმკვრივე. დრაივერების და MOSFET-ების ოპტიმიზაციის გზით, ეს რეალობად იქცა. ენერგოეფექტურობა და მაღალი ხარისხის DC დენი, ეს არის DrMOS ინტეგრირებული დრაივერის IC.
Renesas მე-2 თაობის DrMOS
QFN-56 უტყვი პაკეტი ხდის DrMOS თერმულ წინაღობას ძალიან დაბალს; შიდა მავთულის შემაერთებელი და სპილენძის სამაგრის დიზაინით, გარე PCB გაყვანილობა შეიძლება შემცირდეს, რითაც შემცირდება ინდუქციურობა და წინააღმდეგობა. გარდა ამისა, ღრმა არხის სილიკონის MOSFET-ის გამოყენებამ შეიძლება ასევე მნიშვნელოვნად შეამციროს გამტარობის, გადართვისა და კარიბჭის დატენვის დანაკარგები; იგი თავსებადია სხვადასხვა კონტროლერთან, შეუძლია მიაღწიოს სხვადასხვა ოპერაციულ რეჟიმს და მხარს უჭერს აქტიური ფაზის კონვერტაციის რეჟიმს APS (ავტომატური ფაზის გადართვა). QFN შეფუთვის გარდა, ორმხრივი ბრტყელი ტყვიის გარეშე შეფუთვა (DFN) ასევე არის ელექტრონული შეფუთვის ახალი პროცესი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ON Semiconductor-ის სხვადასხვა კომპონენტებში. QFN-თან შედარებით, DFN-ს აქვს ნაკლები გამომავალი ელექტროდი ორივე მხარეს.
8, პლასტიკური ჩიპის გადამზიდავი (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) აქვს კვადრატული ფორმა და გაცილებით მცირეა ვიდრე DIP პაკეტი. მას აქვს 32 ქინძისთავები გარშემო ქინძისთავებით. ქინძისთავები ამოყვანილია პაკეტის ოთხი მხრიდან T- ფორმის. ეს არის პლასტმასის პროდუქტი. ქინძისთავის ცენტრის მანძილი 1.27 მმ-ია, ხოლო ქინძისთავები 18-დან 84-მდე მერყეობს. J-ის ფორმის ქინძისთავები ადვილად არ დეფორმირდება და უფრო ადვილია მუშაობა, ვიდრე QFP, მაგრამ შედუღების შემდეგ გარეგნობის შემოწმება უფრო რთულია. PLCC შეფუთვა შესაფერისია PCB-ზე გაყვანილობის დასაყენებლად SMT ზედაპირზე სამონტაჟო ტექნოლოგიის გამოყენებით. მას აქვს მცირე ზომის და მაღალი საიმედოობის უპირატესობები. PLCC შეფუთვა შედარებით გავრცელებულია და გამოიყენება ლოგიკურ LSI, DLD (ან პროგრამის ლოგიკური მოწყობილობა) და სხვა სქემებში. ეს შეფუთვის ფორმა ხშირად გამოიყენება დედაპლატის BIOS-ში, მაგრამ ამჟამად ნაკლებად გავრცელებულია MOSFET-ებში.
კაფსულაცია და გაუმჯობესება ძირითადი საწარმოებისთვის
პროცესორებში დაბალი ძაბვის და მაღალი დენის განვითარების ტენდენციის გამო, MOSFET-ებს უნდა ჰქონდეთ დიდი გამომავალი დენი, დაბალი წინააღმდეგობა, სითბოს დაბალი გამომუშავება, სითბოს სწრაფი გაფრქვევა და მცირე ზომები. ჩიპების წარმოების ტექნოლოგიისა და პროცესების გაუმჯობესების გარდა, MOSFET-ის მწარმოებლები ასევე აგრძელებენ შეფუთვის ტექნოლოგიის გაუმჯობესებას. სტანდარტული გარეგნობის სპეციფიკაციებთან თავსებადობის საფუძველზე, ისინი სთავაზობენ შეფუთვის ახალ ფორმებს და დაარეგისტრირებენ სავაჭრო ნიშნის სახელებს მათ მიერ შემუშავებული ახალი პაკეტებისთვის.
1, RENESAS WPAK, LFPAK და LFPAK-I პაკეტები
WPAK არის მაღალი სითბოს გამოსხივების პაკეტი, რომელიც შემუშავებულია Renesas-ის მიერ. D-PAK პაკეტის იმიტირებით, ჩიპის გამათბობელი შედუღება ხდება დედაპლატზე და სითბო იფანტება დედაპლატის მეშვეობით, ისე, რომ WPAK-ის პატარა პაკეტმა ასევე მიაღწიოს D-PAK-ის გამომავალ დენს. WPAK-D2 შეფუთავს ორ მაღალ/დაბალ MOSFET-ს გაყვანილობის ინდუქციურობის შესამცირებლად.
Renesas WPAK პაკეტის ზომა
LFPAK და LFPAK-I არის ორი სხვა მცირე ფორმა-ფაქტორული პაკეტი, რომელიც შემუშავებულია Renesas-ის მიერ, რომლებიც თავსებადია SO-8-თან. LFPAK მსგავსია D-PAK-ის, მაგრამ უფრო მცირეა ვიდრე D-PAK. LFPAK-i ათავსებს გამათბობელს ზევით, რათა სითბო გაანადგუროს გამათბობელში.
Renesas LFPAK და LFPAK-I პაკეტები
2. Vishay Power-PAK და Polar-PAK შეფუთვა
Power-PAK არის MOSFET პაკეტის სახელი, რომელიც რეგისტრირებულია Vishay Corporation-ის მიერ. Power-PAK მოიცავს ორ სპეციფიკაციას: Power-PAK1212-8 და Power-PAK SO-8.
Vishay Power-PAK1212-8 პაკეტი
Vishay Power-PAK SO-8 პაკეტი
Polar PAK არის პატარა პაკეტი ორმხრივი სითბოს გაფრქვევით და არის Vishay-ის ერთ-ერთი ძირითადი შეფუთვის ტექნოლოგია. Polar PAK იგივეა, რაც ჩვეულებრივი so-8 პაკეტი. მას აქვს დაშლის წერტილები შეფუთვის ორივე ზედა და ქვედა მხარეს. არ არის ადვილი შეფუთვის შიგნით სითბოს დაგროვება და შეუძლია გაზარდოს მოქმედი დენის სიმკვრივე SO-8-ზე ორჯერ. ამჟამად Vishay-მ ლიცენზირებული აქვს Polar PAK ტექნოლოგია STMicroelectronics-ს.
Vishay Polar PAK პაკეტი
3. Onsemi SO-8 და WDFN8 ბრტყელი ტყვიის პაკეტები
ON Semiconductor-მა შეიმუშავა ბრტყელ-ტყვიის MOSFET-ების ორი ტიპი, რომელთა შორის SO-8 თავსებადი ბრტყელტყვიის მქონე MOSFET-ებს მრავალი დაფა იყენებს. ON Semiconductor-ის ახლად გაშვებული NVMx და NVTx სიმძლავრის MOSFET-ები იყენებენ კომპაქტურ DFN5 (SO-8FL) და WDFN8 პაკეტებს გამტარობის დანაკარგების შესამცირებლად. მას ასევე აქვს დაბალი QG და ტევადობა მძღოლის დანაკარგების შესამცირებლად.
ON ნახევარგამტარული SO-8 ბრტყელი ტყვიის პაკეტი
ON Semiconductor WDFN8 პაკეტი
4. NXP LFPAK და QLPAK შეფუთვა
NXP (ყოფილი Philps) გააუმჯობესა SO-8 შეფუთვის ტექნოლოგია LFPAK და QLPAK. მათ შორის LFPAK ითვლება ყველაზე საიმედო სიმძლავრის SO-8 პაკეტად მსოფლიოში; ხოლო QLPAK-ს აქვს მცირე ზომის მახასიათებლები და უფრო მაღალი სითბოს გაფრქვევის ეფექტურობა. ჩვეულებრივ SO-8-თან შედარებით, QLPAK იკავებს PCB დაფის ფართობს 6*5მმ და აქვს თერმული წინააღმდეგობა 1.5k/W.
NXP LFPAK პაკეტი
NXP QLPAK შეფუთვა
4. ST Semiconductor PowerSO-8 პაკეტი
STMicroelectronics-ის მძლავრი MOSFET ჩიპების შეფუთვის ტექნოლოგიები მოიცავს SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK და ა.შ. მათ შორის Power SO-8 არის SO-8-ის გაუმჯობესებული ვერსია. გარდა ამისა, არსებობს PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 და სხვა პაკეტები.
STMicroelectronics Power SO-8 პაკეტი
5. Fairchild Semiconductor Power 56 პაკეტი
Power 56 არის ფარიჩილდის ექსკლუზიური სახელი და მისი ოფიციალური სახელია DFN5×6. მისი შეფუთვის ფართობი შედარებულია ჩვეულებრივ TSOP-8-თან და თხელი შეფუთვა ზოგავს კომპონენტის კლირენსის სიმაღლეს, ხოლო Thermal-Pad დიზაინი ქვედა ნაწილში ამცირებს თერმული წინააღმდეგობას. ამიტომ, ელექტრო მოწყობილობების ბევრმა მწარმოებელმა გამოიყენა DFN5×6.
Fairchild Power 56 პაკეტი
6. International Rectifier (IR) Direct FET პაკეტი
Direct FET უზრუნველყოფს ეფექტურ ზედა გაგრილებას SO-8 ან უფრო მცირე კვალზე და შესაფერისია AC-DC და DC-DC დენის კონვერტაციისთვის კომპიუტერებში, ლეპტოპებში, ტელეკომუნიკაციებსა და სამომხმარებლო ელექტრონიკის მოწყობილობებში. DirectFET-ის ლითონის ქილის კონსტრუქცია უზრუნველყოფს სითბოს ორმხრივ გაფრქვევას, რაც ეფექტურად აორმაგებს მაღალი სიხშირის DC-DC ბაკ კონვერტორების მიმდინარე მართვის შესაძლებლობებს სტანდარტულ პლასტმასის დისკრეტულ პაკეტებთან შედარებით. Direct FET პაკეტი არის უკუღმა დამაგრებული ტიპის, სადრენაჟო (D) გამათბობელი ზევით მიმართული და დაფარულია ლითონის გარსით, რომლის მეშვეობითაც სითბო გამოიყოფა. პირდაპირი FET შეფუთვა მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს სითბოს გაფრქვევას და ნაკლებ ადგილს იკავებს კარგი სითბოს გაფრქვევით.
შეაჯამეთ
მომავალში, როდესაც ელექტრონული წარმოების ინდუსტრია განაგრძობს განვითარებას ულტრა თხელი, მინიატურიზაციის, დაბალი ძაბვისა და მაღალი დენის მიმართულებით, MOSFET-ის გარეგნობა და შიდა შეფუთვის სტრუქტურა ასევე შეიცვლება, რათა უკეთ მოერგოს წარმოების განვითარების საჭიროებებს. ინდუსტრია. გარდა ამისა, ელექტრონული მწარმოებლებისთვის შერჩევის ბარიერის შემცირების მიზნით, MOSFET-ის განვითარების ტენდენცია სულ უფრო აშკარა გახდება მოდულარიზაციისა და სისტემის დონეზე შეფუთვის მიმართულებით და პროდუქტები განვითარდება კოორდინირებული გზით მრავალი განზომილებიდან, როგორიცაა შესრულება და ღირებულება. . პაკეტი არის MOSFET-ის შერჩევის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი საცნობარო ფაქტორი. სხვადასხვა ელექტრონულ პროდუქტს აქვს სხვადასხვა ელექტრო მოთხოვნები და სხვადასხვა სამონტაჟო გარემო ასევე მოითხოვს შესაბამისი ზომის სპეციფიკაციების შესასრულებლად. ფაქტობრივი შერჩევისას, გადაწყვეტილება უნდა იქნას მიღებული ფაქტობრივი საჭიროებების შესაბამისად, ზოგადი პრინციპით. ზოგიერთი ელექტრონული სისტემა შეზღუდულია PCB-ის ზომით და შიდა სიმაღლით. მაგალითად, საკომუნიკაციო სისტემების მოდულის კვების წყაროები ჩვეულებრივ იყენებენ DFN5*6 და DFN3*3 პაკეტებს სიმაღლის შეზღუდვის გამო; ზოგიერთ ACDC კვების წყაროში, ულტრა თხელი დიზაინი ან გარსის შეზღუდვების გამო შესაფერისია TO220 შეფუთული დენის MOSFET-ების ასაწყობად. ამ დროს ქინძისთავები შეიძლება პირდაპირ ჩასვათ ფესვში, რაც არ არის შესაფერისი TO247 შეფუთული პროდუქტებისთვის; ზოგიერთი ულტრა თხელი დიზაინი მოითხოვს მოწყობილობის ქინძისთავების მოხრილ და ბრტყელ განლაგებას, რაც გაზრდის MOSFET-ის შერჩევის სირთულეს.
როგორ ავირჩიოთ MOSFET
ერთხელ ინჟინერმა მითხრა, რომ არასოდეს უყურებდა MOSFET-ის მონაცემთა ფურცლის პირველ გვერდს, რადგან "პრაქტიკული" ინფორმაცია მხოლოდ მეორე გვერდზე და მის ფარგლებს გარეთ ჩანდა. MOSFET-ის მონაცემთა ფურცლის თითქმის ყველა გვერდი შეიცავს დიზაინერებისთვის მნიშვნელოვან ინფორმაციას. მაგრამ ყოველთვის არ არის ნათელი, თუ როგორ უნდა განიმარტოს მწარმოებლების მიერ მოწოდებული მონაცემები.
ეს სტატია ასახავს MOSFET-ების რამდენიმე ძირითად მახასიათებელს, როგორ არის მითითებული ისინი მონაცემთა ფურცელზე და რა ნათელ სურათს გჭირდება მათი გასაგებად. ელექტრონული მოწყობილობების უმეტესობის მსგავსად, MOSFET-ებზე მოქმედებს სამუშაო ტემპერატურა. ამიტომ მნიშვნელოვანია გვესმოდეს ტესტის პირობები, რომლებშიც გამოიყენება აღნიშნული ინდიკატორები. ასევე მნიშვნელოვანია იმის გაგება, არის თუ არა ინდიკატორები, რომლებსაც ხედავთ "პროდუქტის შესავალში" "მაქსიმალური" თუ "ტიპიური" მნიშვნელობები, რადგან ზოგიერთი მონაცემთა ფურცელი არ ასახავს ამას.
ძაბვის ხარისხი
ძირითადი მახასიათებელი, რომელიც განსაზღვრავს MOSFET-ს, არის მისი დრენაჟის წყაროს ძაბვა VDS, ან "დრენაჟის წყაროს დაშლის ძაბვა", რაც არის ყველაზე მაღალი ძაბვა, რომელსაც MOSFET-ს შეუძლია ზიანის გარეშე გაუძლოს, როდესაც კარიბჭე მოკლედ არის შეერთებული წყაროსთან და გადინების დენთან. არის 250 μA. . VDS-ს ასევე უწოდებენ "აბსოლუტურ მაქსიმალურ ძაბვას 25°C-ზე", მაგრამ მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ ეს აბსოლუტური ძაბვა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე და, როგორც წესი, არის "VDS ტემპერატურის კოეფიციენტი" მონაცემთა ფურცელში. თქვენ ასევე უნდა გესმოდეთ, რომ მაქსიმალური VDS არის მუდმივი ძაბვა, პლუს ნებისმიერი ძაბვის მწვერვალები და ტალღები, რომლებიც შეიძლება იყოს წრეში. მაგალითად, თუ იყენებთ 30 ვოლტიან მოწყობილობას 30 ვ დენის წყაროზე 100 მვ, 5 ns სპიკით, ძაბვა გადააჭარბებს მოწყობილობის აბსოლუტურ მაქსიმალურ ზღვარს და მოწყობილობა შეიძლება გადავიდეს ზვავის რეჟიმში. ამ შემთხვევაში, MOSFET-ის საიმედოობის გარანტია შეუძლებელია. მაღალ ტემპერატურაზე, ტემპერატურის კოეფიციენტმა შეიძლება მნიშვნელოვნად შეცვალოს ავარიის ძაბვა. მაგალითად, ზოგიერთ N-არხიან MOSFET-ს ძაბვის რეიტინგით 600 ვ აქვს დადებითი ტემპერატურის კოეფიციენტი. როდესაც ისინი უახლოვდებიან შეერთების მაქსიმალურ ტემპერატურას, ტემპერატურის კოეფიციენტი იწვევს ამ MOSFET-ების ქცევას 650V MOSFET-ების მსგავსად. MOSFET-ის მრავალი მომხმარებლის დიზაინის წესები მოითხოვს 10%–დან 20%–მდე დერადირების კოეფიციენტს. ზოგიერთ დიზაინში, იმის გათვალისწინებით, რომ დაშლის ფაქტიური ძაბვა 5%-დან 10%-ით მეტია ნომინალურ მნიშვნელობაზე 25°C-ზე, ფაქტობრივ დიზაინს დაემატება შესაბამისი სასარგებლო დიზაინის ზღვარი, რაც ძალიან სასარგებლოა დიზაინისთვის. არანაკლებ მნიშვნელოვანია MOSFET-ების სწორი შერჩევისთვის, გატარების პროცესში კარიბჭე-წყაროს ძაბვის VGS-ის როლის გაგება. ეს ძაბვა არის ძაბვა, რომელიც უზრუნველყოფს MOSFET-ის სრულ გამტარობას მოცემულ მაქსიმალური RDS(on) პირობებში. სწორედ ამიტომ ჩართული წინააღმდეგობა ყოველთვის დაკავშირებულია VGS დონესთან და მხოლოდ ამ ძაბვის დროს შეიძლება მოწყობილობის ჩართვა. დიზაინის მნიშვნელოვანი შედეგია ის, რომ თქვენ არ შეგიძლიათ სრულად ჩართოთ MOSFET ძაბვით, ვიდრე მინიმალური VGS, რომელიც გამოიყენება RDS(on) რეიტინგის მისაღწევად. მაგალითად, MOSFET-ის სრულად ჩართვისთვის 3.3V მიკროკონტროლერით, თქვენ უნდა შეძლოთ MOSFET-ის ჩართვა VGS=2.5V ან უფრო დაბალი სიჩქარით.
წინააღმდეგობის გაწევა, კარიბჭის მუხტი და "დამსახურების ფიგურა"
MOSFET-ის წინააღმდეგობა ყოველთვის განისაზღვრება ერთი ან მეტი კარიბჭე-წყაროს ძაბვაზე. მაქსიმალური RDS(on) ლიმიტი შეიძლება იყოს 20%-დან 50%-მდე უფრო მაღალი ვიდრე ტიპიური მნიშვნელობა. RDS(on)-ის მაქსიმალური ლიმიტი ჩვეულებრივ ეხება 25°C შეერთების ტემპერატურაზე მნიშვნელობას. უფრო მაღალ ტემპერატურაზე RDS(on) შეიძლება გაიზარდოს 30%-დან 150%-მდე, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 1. ვინაიდან RDS(on) იცვლება ტემპერატურასთან და მინიმალური წინააღმდეგობის მნიშვნელობა გარანტირებული არ არის, დენის გამოვლენა RDS(on)-ზე დაფუძნებული არ არის. ძალიან ზუსტი მეთოდი.
სურათი 1 RDS(on) იზრდება ტემპერატურის 30%-დან 150%-მდე მაქსიმალური სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონში
წინააღმდეგობა ძალიან მნიშვნელოვანია როგორც N-არხის, ასევე P-არხის MOSFET-ებისთვის. კვების წყაროების გადართვისას, Qg არის ძირითადი შერჩევის კრიტერიუმი N-არხის MOSFET-ებისთვის, რომლებიც გამოიყენება ელექტრომომარაგების გადართვისას, რადგან Qg გავლენას ახდენს გადართვის დანაკარგებზე. ამ დანაკარგებს ორი ეფექტი აქვს: ერთი არის გადართვის დრო, რომელიც გავლენას ახდენს MOSFET-ის ჩართვაზე და გამორთვაზე; მეორე არის ენერგია, რომელიც საჭიროა კარიბჭის ტევადობის დასატენად ყოველი გადართვის პროცესის დროს. ერთი რამ უნდა გვახსოვდეს არის ის, რომ Qg დამოკიდებულია კარიბჭის წყაროს ძაბვაზე, მაშინაც კი, თუ ქვედა Vgs-ის გამოყენება ამცირებს გადართვის დანაკარგებს. როგორც გადართვის აპლიკაციებში გამოსაყენებლად განკუთვნილი MOSFET-ების შედარების სწრაფი გზა, დიზაინერები ხშირად იყენებენ სინგულარულ ფორმულას, რომელიც შედგება RDS(on)-ისგან გამტარობის დანაკარგებისთვის და Qg გადართვის დანაკარგებისთვის: RDS(on)xQg. ეს "დამსახურების მაჩვენებელი" (FOM) აჯამებს მოწყობილობის მუშაობას და საშუალებას აძლევს MOSFET-ების შედარებას ტიპიური ან მაქსიმალური მნიშვნელობების მიხედვით. მოწყობილობების შორის ზუსტი შედარების უზრუნველსაყოფად, თქვენ უნდა დარწმუნდეთ, რომ იგივე VGS გამოიყენება RDS(on) და Qg-სთვის და რომ ტიპიური და მაქსიმალური მნიშვნელობები არ არის შერეული პუბლიკაციაში. ქვედა FOM მოგცემთ უკეთეს შესრულებას აპლიკაციების გადართვისას, მაგრამ ეს არ არის გარანტირებული. საუკეთესო შედარების შედეგების მიღება შესაძლებელია მხოლოდ ფაქტობრივ წრეში და ზოგიერთ შემთხვევაში შეიძლება საჭირო გახდეს მიკროსქემის დაზუსტება თითოეული MOSFET-ისთვის. რეიტინგული დენი და დენის გაფრქვევა, სხვადასხვა ტესტის პირობების საფუძველზე, MOSFET-ების უმეტესობას აქვს ერთი ან მეტი უწყვეტი გადინების დენი მონაცემთა ფურცელში. თქვენ უნდა ყურადღებით დაათვალიეროთ მონაცემთა ფურცელი, რათა გაარკვიოთ არის თუ არა რეიტინგი მითითებულ შემთხვევაში ტემპერატურაზე (მაგ. TC=25°C) თუ გარემოს ტემპერატურაზე (მაგ. TA=25°C). ამ მნიშვნელობებიდან რომელია ყველაზე აქტუალური, დამოკიდებული იქნება მოწყობილობის მახასიათებლებზე და გამოყენებაზე (იხ. სურათი 2).
სურათი 2 ყველა აბსოლუტური მაქსიმალური დენის და სიმძლავრის მნიშვნელობა არის რეალური მონაცემები
მცირე ზედაპირზე დასამაგრებელი მოწყობილობებისთვის, რომლებიც გამოიყენება ხელნაკეთ მოწყობილობებში, ყველაზე შესაბამისი დენის დონე შეიძლება იყოს 70°C გარემოს ტემპერატურაზე. დიდი აღჭურვილობისთვის, თბოგამტარებით და ჰაერის იძულებითი გაგრილებით, მიმდინარე დონე TA=25℃-ზე შეიძლება უფრო ახლოს იყოს რეალურ ვითარებასთან. ზოგიერთი მოწყობილობისთვის, საყრდენს შეუძლია გაუმკლავდეს უფრო მეტ დენს შეერთების მაქსიმალურ ტემპერატურაზე, ვიდრე პაკეტის ლიმიტები. ზოგიერთ მონაცემთა ფურცელში, ეს "საკვები-შეზღუდული" მიმდინარე დონე არის დამატებითი ინფორმაცია "პაკეტით შეზღუდული" მიმდინარე დონისთვის, რომელიც მოგცემთ წარმოდგენას საყრდენის სიმტკიცეზე. მსგავსი მოსაზრებები ეხება ენერგიის უწყვეტ გაფრქვევას, რაც დამოკიდებულია არა მხოლოდ ტემპერატურაზე, არამედ დროზე. წარმოიდგინეთ მოწყობილობა, რომელიც მუშაობს უწყვეტად PD=4W-ზე 10 წამის განმავლობაში TA=70℃-ზე. რა წარმოადგენს „უწყვეტი“ დროის პერიოდს, განსხვავდება MOSFET-ის პაკეტის მიხედვით, ასე რომ თქვენ გსურთ გამოიყენოთ ნორმალიზებული თერმული გარდამავალი წინაღობის დიაგრამა მონაცემთა ფურცლიდან, რათა ნახოთ, როგორ გამოიყურება დენის გაფრქვევა 10 წამის, 100 წამის ან 10 წუთის შემდეგ. . როგორც სურათი 3-ზეა ნაჩვენები, ამ სპეციალიზებული მოწყობილობის თერმული წინააღმდეგობის კოეფიციენტი 10 წამიანი პულსის შემდეგ არის დაახლოებით 0.33, რაც ნიშნავს, რომ როდესაც პაკეტი მიაღწევს თერმულ გაჯერებას დაახლოებით 10 წუთის შემდეგ, მოწყობილობის სითბოს გაფრქვევის სიმძლავრე იქნება მხოლოდ 1.33 W ნაცვლად 4W. . მიუხედავად იმისა, რომ კარგი გაგრილების პირობებში მოწყობილობის სითბოს გაფრქვევის სიმძლავრე შეიძლება მიაღწიოს დაახლოებით 2 ვტ-ს.
სურათი 3 MOSFET-ის თერმული წინააღმდეგობა დენის პულსის გამოყენებისას
სინამდვილეში, ჩვენ შეგვიძლია დავყოთ როგორ ავირჩიოთ MOSFET ოთხ ეტაპად.
პირველი ნაბიჯი: აირჩიეთ N არხი ან P არხი
პირველი ნაბიჯი თქვენი დიზაინისთვის სწორი მოწყობილობის არჩევისას არის გადაწყვეტილების გამოყენება N-არხის ან P-არხის MOSFET-ის გამოყენებაში. ტიპიური კვების პროგრამებში, როდესაც MOSFET უკავშირდება მიწას და დატვირთვა დაკავშირებულია ქსელის ძაბვასთან, MOSFET აყალიბებს დაბალ მხარეს გადამრთველს. დაბალ მხარეს გადამრთველში, N-არხის MOSFET-ები უნდა იქნას გამოყენებული მოწყობილობის გამორთვის ან ჩართვისთვის საჭირო ძაბვის გათვალისწინებით. როდესაც MOSFET უკავშირდება ავტობუსს და იტვირთება მიწაზე, გამოიყენება მაღალი გვერდითი გადამრთველი. P-არხის MOSFET-ები ჩვეულებრივ გამოიყენება ამ ტოპოლოგიაში, რაც ასევე განპირობებულია ძაბვის დრაივის გათვალისწინებით. თქვენი აპლიკაციისთვის შესაფერისი მოწყობილობის შესარჩევად, თქვენ უნდა განსაზღვროთ მოწყობილობის მართვისთვის საჭირო ძაბვა და თქვენი დიზაინის უმარტივესი გზა. შემდეგი ნაბიჯი არის საჭირო ძაბვის რეიტინგის, ანუ მაქსიმალური ძაბვის განსაზღვრა, რომელსაც მოწყობილობა გაუძლებს. რაც უფრო მაღალია ძაბვის ნიშანი, მით უფრო მაღალია მოწყობილობის ღირებულება. პრაქტიკული გამოცდილების მიხედვით, ნომინალური ძაბვა უნდა იყოს მეტი ქსელის ძაბვაზე ან ავტობუსის ძაბვაზე. ეს უზრუნველყოფს საკმარის დაცვას ისე, რომ MOSFET არ ჩავარდეს. MOSFET-ის არჩევისას აუცილებელია განისაზღვროს მაქსიმალური ძაბვა, რომელიც შეიძლება გადაიტანოს დრენაჟიდან წყარომდე, ანუ მაქსიმალური VDS. მნიშვნელოვანია იცოდეთ, რომ MOSFET-ის მაქსიმალურ ძაბვას შეუძლია გაუძლოს ტემპერატურის ცვლილებას. დიზაინერებმა უნდა შეამოწმონ ძაბვის ცვალებადობა მთელი სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონში. ნომინალურ ძაბვას უნდა ჰქონდეს საკმარისი ზღვარი ამ ცვალებადობის დიაპაზონის დასაფარად, რათა დარწმუნდეს, რომ წრე არ ჩავარდება. უსაფრთხოების სხვა ფაქტორები, რომლებიც დიზაინერმა ინჟინრებმა უნდა გაითვალისწინონ, მოიცავს ძაბვის გარდამავალ ფაქტორებს, რომლებიც გამოწვეულია ელექტრონიკის გადართვის საშუალებით, როგორიცაა ძრავები ან ტრანსფორმატორები. ნომინალური ძაბვები განსხვავდება სხვადასხვა აპლიკაციისთვის; როგორც წესი, 20 ვ პორტატული მოწყობილობებისთვის, 20-30 ვ FPGA კვების წყაროებისთვის და 450-600 ვ 85-220 VAC აპლიკაციებისთვის.
ნაბიჯი 2: განსაზღვრეთ ნომინალური დენი
მეორე ნაბიჯი არის MOSFET-ის მიმდინარე რეიტინგის არჩევა. მიკროსქემის კონფიგურაციიდან გამომდინარე, ეს ნომინალური დენი უნდა იყოს მაქსიმალური დენი, რომელსაც დატვირთვა შეუძლია ნებისმიერ ვითარებაში გაუძლოს. ძაბვის სიტუაციის მსგავსად, დიზაინერმა უნდა უზრუნველყოს, რომ შერჩეულმა MOSFET-ს შეუძლია გაუძლოს ამ დენის რეიტინგს, მაშინაც კი, როდესაც სისტემა წარმოქმნის დენის მწვერვალებს. განხილული ორი მიმდინარე მდგომარეობაა უწყვეტი რეჟიმი და პულსის მწვერვალი. უწყვეტი გამტარობის რეჟიმში, MOSFET არის სტაბილურ მდგომარეობაში, სადაც დენი მუდმივად მიედინება მოწყობილობაში. პულსის მწვერვალი ეხება მოწყობილობაში გადინებულ დიდ ტალღას (ან მწვერვალს). ამ პირობებში მაქსიმალური დენის დადგენის შემდეგ, უბრალოდ უნდა აირჩიოთ მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია გაუმკლავდეს ამ მაქსიმალურ დენს. ნომინალური დენის არჩევის შემდეგ, ასევე უნდა გამოითვალოს გამტარობის დანაკარგი. რეალურ სიტუაციებში MOSFET არ არის იდეალური მოწყობილობა, რადგან ელექტროენერგიის დაკარგვა ხდება გამტარობის პროცესში, რასაც ეწოდება გამტარობის დაკარგვა. MOSFET იქცევა როგორც ცვლადი რეზისტორი, როდესაც "ჩართულია", რომელიც განისაზღვრება მოწყობილობის RDS(ON)-ით და მნიშვნელოვნად იცვლება ტემპერატურის მიხედვით. მოწყობილობის დენის დანაკარგი შეიძლება გამოითვალოს Iload2×RDS(ON). მას შემდეგ, რაც ჩართვის წინააღმდეგობა იცვლება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ელექტროენერგიის დაკარგვაც პროპორციულად შეიცვლება. რაც უფრო მაღალია VGS ძაბვა, რომელიც გამოიყენება MOSFET-ზე, მით უფრო მცირე იქნება RDS(ON); პირიქით, რაც უფრო მაღალი იქნება RDS(ON). სისტემის დიზაინერისთვის, ეს არის ის, სადაც კომპრომისები მოდის სისტემის ძაბვის მიხედვით. პორტატული დიზაინისთვის უფრო ადვილია (და უფრო გავრცელებული) დაბალი ძაბვის გამოყენება, ხოლო სამრეწველო დიზაინისთვის შეიძლება უფრო მაღალი ძაბვის გამოყენება. გაითვალისწინეთ, რომ RDS(ON) წინააღმდეგობა ოდნავ მოიმატებს დენთან ერთად. RDS(ON) რეზისტორის სხვადასხვა ელექტრულ პარამეტრებში ვარიაციები შეგიძლიათ იხილოთ მწარმოებლის მიერ მოწოდებულ ტექნიკურ მონაცემებში. ტექნოლოგია მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს მოწყობილობის მახასიათებლებზე, რადგან ზოგიერთი ტექნოლოგია ზრდის RDS(ON) მაქსიმალურ VDS-ის გაზრდისას. ასეთი ტექნოლოგიისთვის, თუ თქვენ აპირებთ VDS და RDS(ON) შემცირებას, თქვენ უნდა გაზარდოთ ჩიპის ზომა, რითაც გაზარდოთ შესაბამისი პაკეტის ზომა და დაკავშირებული განვითარების ხარჯები. ინდუსტრიაში არსებობს რამდენიმე ტექნოლოგია, რომელიც ცდილობს გააკონტროლოს ჩიპის ზომის ზრდა, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანია არხისა და დამუხტვის დაბალანსების ტექნოლოგიები. თხრილის ტექნოლოგიაში, ღრმა თხრილი ჩაშენებულია ვაფლში, რომელიც ჩვეულებრივ დაცულია დაბალი ძაბვისთვის, რათა შემცირდეს რეზისტენტობის RDS(ON). მაქსიმალური VDS-ის ზემოქმედების შესამცირებლად RDS(ON)-ზე, განვითარების პროცესის დროს გამოყენებული იქნა ეპიტაქსიური ზრდის სვეტის/აკრავის სვეტის პროცესი. მაგალითად, Fairchild Semiconductor-მა შეიმუშავა ტექნოლოგია სახელწოდებით SuperFET, რომელიც ამატებს დამატებით საწარმოო ნაბიჯებს RDS(ON) შემცირებისთვის. RDS(ON)-ზე ეს აქცენტი მნიშვნელოვანია, რადგან სტანდარტული MOSFET-ის დაშლის ძაბვის მატებასთან ერთად, RDS(ON) ექსპონენციალურად იზრდება და იწვევს კადრის ზომის ზრდას. SuperFET პროცესი ცვლის ექსპონენციალურ ურთიერთობას RDS(ON) და ვაფლის ზომას შორის წრფივ მიმართებაში. ამ გზით, SuperFET მოწყობილობებს შეუძლიათ მიაღწიონ იდეალურ დაბალი RDS(ON) მცირე ზომის ზომებში, თუნდაც 600 ვ-მდე ავარიული ძაბვის შემთხვევაში. შედეგი არის ის, რომ ვაფლის ზომა შეიძლება შემცირდეს 35%-მდე. საბოლოო მომხმარებლებისთვის ეს ნიშნავს პაკეტის ზომის მნიშვნელოვან შემცირებას.
ნაბიჯი მესამე: განსაზღვრეთ თერმული მოთხოვნები
MOSFET-ის არჩევის შემდეგი ნაბიჯი არის სისტემის თერმული მოთხოვნების გამოთვლა. დიზაინერებმა უნდა განიხილონ ორი განსხვავებული სცენარი, ყველაზე უარესი სცენარი და რეალური სცენარი. რეკომენდირებულია გამოთვლების ყველაზე უარესი შედეგის გამოყენება, რადგან ეს შედეგი უზრუნველყოფს უსაფრთხოების უფრო დიდ ზღვარს და უზრუნველყოფს, რომ სისტემა არ ჩავარდეს. ასევე არის გარკვეული გაზომვის მონაცემები, რომლებსაც ყურადღება სჭირდება MOSFET-ის მონაცემთა ფურცელზე; როგორიცაა თერმული წინააღმდეგობა შეფუთული მოწყობილობის ნახევარგამტარულ შეერთებასა და გარემოს შორის და შეერთების მაქსიმალური ტემპერატურა. მოწყობილობის შეერთების ტემპერატურა უდრის გარემოს მაქსიმალურ ტემპერატურას, პლუს თერმული წინააღმდეგობის და ენერგიის გაფრქვევის პროდუქტი (შეერთების ტემპერატურა = გარემოს მაქსიმალური ტემპერატურა + [თერმული წინააღმდეგობა × დენის გაფრქვევა]). ამ განტოლების მიხედვით შეიძლება ამოიხსნას სისტემის მაქსიმალური სიმძლავრის გაფანტვა, რომელიც განსაზღვრებით უდრის I2×RDS(ON). ვინაიდან დიზაინერმა დაადგინა მაქსიმალური დენი, რომელიც გაივლის მოწყობილობას, RDS(ON) შეიძლება გამოითვალოს სხვადასხვა ტემპერატურაზე. აღსანიშნავია, რომ მარტივ თერმოდელებთან ურთიერთობისას დიზაინერებმა ასევე უნდა გაითვალისწინონ ნახევარგამტარული შეერთების/მოწყობილობის კორპუსის და კორპუსის/გარემოს თერმული სიმძლავრე; ეს მოითხოვს, რომ ბეჭდური მიკროსქემის დაფა და პაკეტი დაუყოვნებლივ არ გაცხელდეს. ზვავის ავარია ნიშნავს, რომ ნახევარგამტარულ მოწყობილობაზე საპირისპირო ძაბვა აღემატება მაქსიმალურ მნიშვნელობას და ქმნის ძლიერ ელექტრულ ველს მოწყობილობაში დენის გასაზრდელად. ეს დენი გაფანტავს ენერგიას, გაზრდის მოწყობილობის ტემპერატურას და შესაძლოა დააზიანოს მოწყობილობა. ნახევარგამტარული კომპანიები ჩაატარებენ მოწყობილობებზე ზვავის ტესტირებას, გამოთვლიან მათ ზვავის ძაბვას ან შეამოწმებენ მოწყობილობის სიმტკიცეს. ზვავის ნომინალური ძაბვის გამოთვლის ორი მეთოდი არსებობს; ერთი არის სტატისტიკური მეთოდი და მეორე თერმული გამოთვლა. თერმული გაანგარიშება ფართოდ გამოიყენება, რადგან ის უფრო პრაქტიკულია. ბევრმა კომპანიამ მოგვაწოდა დეტალები მათი მოწყობილობის ტესტირების შესახებ. მაგალითად, Fairchild Semiconductor გთავაზობთ "Power MOSFET Avalanche Guidelines" (Power MOSFET Avalanche Guidelines - შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ Fairchild ვებსაიტიდან). გამოთვლების გარდა, ტექნოლოგია ასევე დიდ გავლენას ახდენს ზვავის ეფექტზე. მაგალითად, კვარცხლბეკის ზომის ზრდა ზრდის ზვავის წინააღმდეგობას და საბოლოოდ ზრდის მოწყობილობის სიმტკიცეს. საბოლოო მომხმარებლებისთვის ეს ნიშნავს სისტემაში უფრო დიდი პაკეტების გამოყენებას.
ნაბიჯი 4: გადამრთველის მუშაობის განსაზღვრა
MOSFET-ის არჩევის საბოლოო ნაბიჯი არის MOSFET-ის გადართვის შესრულების განსაზღვრა. არსებობს მრავალი პარამეტრი, რომელიც გავლენას ახდენს გადართვის შესრულებაზე, მაგრამ ყველაზე მნიშვნელოვანი არის კარიბჭე/დრენაჟი, კარიბჭე/წყარო და გადინების/წყაროს ტევადობა. ეს კონდენსატორები ქმნიან გადართვის დანაკარგებს მოწყობილობაში, რადგან ისინი იტენება ყოველი გადართვისას. ამრიგად, MOSFET-ის გადართვის სიჩქარე მცირდება და ასევე მცირდება მოწყობილობის ეფექტურობა. ჩართვისას მოწყობილობაში ჯამური დანაკარგების გამოსათვლელად, დიზაინერმა უნდა გამოთვალოს დანაკარგები ჩართვის დროს (Eon) და დანაკარგები გამორთვის დროს (Eoff). MOSFET გადამრთველის ჯამური სიმძლავრე შეიძლება გამოისახოს შემდეგი განტოლებით: Psw=(Eon+Eoff)×გამორთვის სიხშირე. კარიბჭის დატენვა (Qgd) ყველაზე დიდ გავლენას ახდენს გადართვის შესრულებაზე. გადართვის შესრულების მნიშვნელობიდან გამომდინარე, ახალი ტექნოლოგიები მუდმივად ვითარდება ამ გადართვის პრობლემის გადასაჭრელად. ჩიპის ზომის გაზრდა ზრდის კარიბჭის დატენვას; ეს ზრდის მოწყობილობის ზომას. გადართვის დანაკარგების შემცირების მიზნით, გაჩნდა ახალი ტექნოლოგიები, როგორიცაა არხის სქელი ფსკერის დაჟანგვა, რომელიც მიზნად ისახავს კარიბჭის დატენვის შემცირებას. მაგალითად, ახალ ტექნოლოგიას SuperFET შეუძლია შეამციროს გამტარობის დანაკარგები და გააუმჯობესოს გადართვის შესრულება RDS(ON) და კარიბჭის დატენვის (Qg) შემცირებით. ამგვარად, MOSFET-ებს შეუძლიათ გაუმკლავდნენ მაღალი სიჩქარის ძაბვის გარდამავალ ცვლილებებს (dv/dt) და დენის გარდამავალ ცვლილებებს (di/dt) გადართვის დროს და შეუძლიათ საიმედოდ იმუშაონ გადართვის უფრო მაღალ სიხშირეებზეც კი.
გამოქვეყნების დრო: ოქტ-23-2023
