התקני מוליכים למחצה כוח נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה, צריכה, צבא ואחרים, ויש להם מיקום אסטרטגי גבוה. בואו נסתכל על התמונה הכוללת של מכשירי חשמל מתוך תמונה:
ניתן לחלק התקני מוליכים למחצה כוח לסוג מלא, סוג מבוקר למחצה וסוג שאינו ניתן לשליטה בהתאם למידת השליטה של אותות המעגל. או לפי מאפייני האות של מעגל ההנעה, ניתן לחלק אותו לסוג מונע מתח, סוג מונע זרם וכו'.
| מִיוּן | סוּג | התקני מוליכים למחצה מתח ספציפיים |
| יכולת שליטה של אותות חשמליים | סוג חצי מבוקר | SCR |
| שליטה מלאה | GTO、GTR，MOSFET、IGBT | |
| בלתי נשלט | דיודה כוח | |
| מאפייני אותות נהיגה | סוג מונע במתח | IGBT、MOSFET、SITH |
| סוג מונע נוכחי | SCR、GTO、GTR | |
| צורת גל אות יעילה | סוג הדק דופק | SCR, GTO |
| סוג בקרה אלקטרונית | GTR、MOSFET、IGBT | |
| מצבים שבהם משתתפים אלקטרונים נושאי זרם | מכשיר דו קוטבי | דיודה כוח, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| מכשיר חד קוטבי | MOSFET, SIT | |
| מכשיר מורכב | MCT, IGBT, SITH ו-IGCT |
למכשירי מוליכים למחצה כוח שונים יש מאפיינים שונים כגון מתח, קיבולת זרם, יכולת עכבה וגודל. בשימוש בפועל, יש לבחור מכשירים מתאימים בהתאם לתחומים וצרכים שונים.
תעשיית המוליכים למחצה עברה שלושה דורות של שינויים מהותיים מאז לידתה. עד כה, החומר המוליך למחצה הראשון המיוצג על ידי Si עדיין נמצא בשימוש בעיקר בתחום התקני מוליכים למחצה.
| חומר מוליכים למחצה | Bandgap (eV) | נקודת התכה (K) | יישום ראשי | |
| חומרים מוליכים למחצה דור ראשון | Ge | 1.1 | 1221 | מתח נמוך, תדר נמוך, טרנזיסטורים בהספק בינוני, גלאי פוטו |
| חומרים מוליכים למחצה דור שני | Si | 0.7 | 1687 | |
| חומרים מוליכים למחצה דור שלישי | GaAs | 1.4 | 1511 | מיקרוגל, מכשירי גל מילימטרים, מכשירים פולטי אור |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. מכשירים בעלי הספק גבוה בטמפרטורה גבוהה, בתדירות גבוהה, עמידים בפני קרינה 2. דיודות פולטות אור כחולות, דרגתיות, סגולות, לייזרים מוליכים למחצה | |
| GaN | 3.4 | 1973 | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | ＞3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 | ||
סכמו את המאפיינים של התקני כוח מבוקרים למחצה ובשליטה מלאה:
| סוג מכשיר | SCR | GTR | MOSFET | IGBT |
| סוג בקרה | הדק דופק | שליטה נוכחית | בקרת מתח | מרכז הסרטים |
| קו כיבוי עצמי | כיבוי תחבורה | מכשיר כיבוי עצמי | מכשיר כיבוי עצמי | מכשיר כיבוי עצמי |
| תדירות עבודה | ＜1khz | ＜30khz | 20khz-Mhz | ＜40khz |
| כוח נהיגה | קָטָן | גָדוֹל | קָטָן | קָטָן |
| הפסדי מיתוג | גָדוֹל | גָדוֹל | גָדוֹל | גָדוֹל |
| אובדן הולכה | קָטָן | קָטָן | גָדוֹל | קָטָן |
| רמת מתח וזרם | 最大 | גָדוֹל | מִינִימוּם | יוֹתֵר |
| יישומים אופייניים | חימום אינדוקציה בתדר בינוני | ממיר תדר UPS | החלפת ספק כוח | ממיר תדר UPS |
| מְחִיר | הנמוך ביותר | לְהוֹרִיד | באמצע | הכי יקר |
| אפקט אפנון מוליכות | יש | יש | אַף לֹא אֶחָד | יש |
הכירו את MOSFETs
ל-MOSFET יש עכבת כניסה גבוהה, רעש נמוך ויציבות תרמית טובה; יש לו תהליך ייצור פשוט וקרינה חזקה, ולכן הוא משמש בדרך כלל במעגלי מגבר או במעגלי מיתוג;
(1) פרמטרים עיקריים לבחירה: מתח מקור ניקוז VDS (עמיד במתח), זרם דליפה מתמשך מזהה, התנגדות RDS(on) הפעלה, קיבול כניסה Ciss (קיבול צומת), גורם איכות FOM=Ron*Qg וכו'.
(2) על פי תהליכים שונים, הוא מחולק ל-TrenchMOS: תעלה MOSFET, בעיקר בשדה המתח הנמוך בתוך 100V; SGT (שער מפוצל) MOSFET: שער מפוצל MOSFET, בעיקר בשדה המתח הבינוני והנמוך בתוך 200V; SJ MOSFET: super junction MOSFET, בעיקר בתחום המתח הגבוה 600-800V;
בספק כוח מיתוג, כגון מעגל ניקוז פתוח, הניקוז מחובר לעומס שלם, מה שנקרא ניקוז פתוח. במעגל ניקוז פתוח, לא משנה כמה גבוה המתח שהעומס מחובר, ניתן להפעיל ולכבות את זרם העומס. זהו מכשיר מיתוג אנלוגי אידיאלי. זהו העיקרון של MOSFET כמכשיר מיתוג.
במונחים של נתח שוק, MOSFETs כמעט כולם מרוכזים בידי יצרנים בינלאומיים גדולים. ביניהם, Infineon רכשה את IR (American International Rectifier Company) ב-2015 והפכה למובילה בתעשייה. ON Semiconductor השלימה גם את רכישת Fairchild Semiconductor בספטמבר 2016. , נתח השוק זינק למקום השני, ואז דירוגי המכירות היו Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna וכו';
מותגי מיינסטרים MOSFET מחולקים למספר סדרות: אמריקאיות, יפניות וקוריאניות.
סדרות אמריקאיות: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS וכו';
יפנית: Toshiba, Renesas, ROHM וכו';
סדרות קוריאניות: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
קטגוריות חבילות MOSFET
לפי האופן שבו הוא מותקן על לוח ה-PCB, ישנם שני סוגים עיקריים של חבילות MOSFET: פלאג-אין (Through Hole) והרכבה משטחית (Surface Mount).
סוג הפלאג-אין אומר שהפינים של ה-MOSFET עוברים דרך חורי ההרכבה של לוח ה-PCB ומרותכים ללוח ה-PCB. חבילות תוספות נפוצות כוללות: חבילה כפולה בשורה (DIP), חבילת מתאר טרנזיסטור (TO) וחבילת מערך רשת פינים (PGA).
אריזת פלאג-אין
הרכבה על פני השטח היא המקום שבו פיני MOSFET ואוגן פיזור החום מרותכים לרפידות על פני הלוח של ה-PCB. חבילות הרכבה משטחיות אופייניות כוללות: מתאר טרנזיסטור (D-PAK), טרנזיסטור מתאר קטן (SOT), חבילת מתאר קטנה (SOP), חבילה מרובעת שטוחה (QFP), מנשא שבבי עופרת מפלסטיק (PLCC) וכו'.
חבילת הרכבה על פני השטח
עם התפתחות הטכנולוגיה, לוחות PCB כגון לוחות אם וכרטיסים גרפיים משתמשים כיום בפחות ופחות באריזה ישירה של חיבורים, ומשתמשים יותר באריזה להתקנה על פני השטח.
1. חבילה כפולה בשורה (DIP)
חבילת DIP כוללת שתי שורות של פינים ויש להכניס אותם לשקע שבב בעל מבנה DIP. שיטת הגזירה שלו היא SDIP (Shrink DIP), שהיא חבילת shrink double-in-line. צפיפות הפינים גבוהה פי 6 מזו של DIP.
צורות מבנה אריזה DIP כוללות: DIP קרמי רב-שכבתי דו-בשורה, DIP קרמי דו-שכבתי חד-שכבתי, DIP מסגרת עופרת (כולל סוג איטום זכוכית-קרמי, סוג מבנה עטיפה מפלסטיק, עטיית זכוכית קרמית בהמסה נמוכה סוג) וכו'. המאפיין של אריזת DIP הוא שהיא יכולה בקלות לממש ריתוך דרך חור של לוחות PCB ויש לה תאימות טובה ללוח האם.
עם זאת, מכיוון ששטח האריזה שלו ועוביו גדולים יחסית, והפינים נפגעים בקלות בתהליך החיבור והניתוק, האמינות ירודה. יחד עם זאת, בשל השפעת התהליך, מספר הפינים בדרך כלל אינו עולה על 100. לכן, בתהליך האינטגרציה הגבוהה של התעשייה האלקטרונית, אריזות DIP נסוגו בהדרגה משלב ההיסטוריה.
2. חבילת מתאר טרנזיסטור (TO)
מפרטי אריזה מוקדמים, כגון TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 וכו' הם כולם עיצובי אריזה תוספים.
TO-3P/247: זוהי צורת אריזה נפוצה עבור MOSFETs במתח בינוני-גבוה וזרם גבוה. למוצר יש מאפיינים של מתח עמידות גבוה והתנגדות חזקה להתמוטטות.
TO-220/220F: TO-220F היא מארז פלסטיק מלא, ואין צורך להוסיף כרית בידוד בעת התקנתו על רדיאטור; ל-TO-220 יש יריעת מתכת המחוברת לפין האמצעי, ונדרשת כרית בידוד בעת התקנת הרדיאטור. ל-MOSFET של שני סגנונות החבילות הללו יש מראה דומה וניתן להשתמש בהם לסירוגין.
TO-251: מוצר ארוז זה משמש בעיקר להפחתת עלויות ולהקטנת גודל המוצר. הוא משמש בעיקר בסביבות עם מתח בינוני וזרם גבוה מתחת ל-60A ומתח גבוה מתחת ל-7N.
TO-92: חבילה זו משמשת רק עבור MOSFET במתח נמוך (זרם מתחת ל-10A, עמיד במתח מתחת ל-60V) ולמתח גבוה 1N60/65, על מנת להפחית עלויות.
בשנים האחרונות, בשל עלות הריתוך הגבוהה של תהליך האריזה בתוספת וביצועי פיזור חום נחותים למוצרים מסוג טלאי, הביקוש בשוק ההרכבה על פני השטח המשיך לעלות, מה שהוביל גם לפיתוח של אריזות TO לתוך אריזת הרכבה על פני השטח.
TO-252 (נקרא גם D-PAK) ו-TO-263 (D2PAK) הן חבילות הרכבה על פני השטח.
מראה המוצר של חבילת TO
TO252/D-PAK היא חבילת שבבי פלסטיק, המשמשת בדרך כלל לאריזת טרנזיסטורי כוח ושבבים מייצבי מתח. זוהי אחת מחבילות המיינסטרים הנוכחיות. ל-MOSFET בשיטת אריזה זו יש שלוש אלקטרודות, שער (G), ניקוז (D) ומקור (S). סיכת הניקוז (D) מנותקת ואינה בשימוש. במקום זאת, גוף הקירור מאחור משמש כניקוז (D), אשר מרותך ישירות ל-PCB. מצד אחד, הוא משמש להפקת זרמים גדולים, ומצד שני, הוא מפזר חום דרך ה-PCB. לכן, ישנן שלוש רפידות D-PAK על ה-PCB, ורפידת הניקוז (D) גדולה יותר. מפרטי האריזה שלו הם כדלקמן:
מפרטי גודל חבילה TO-252/D-PAK
TO-263 הוא גרסה של TO-220. זה נועד בעיקר לשפר את יעילות הייצור ופיזור החום. הוא תומך בזרם ובמתח גבוהים במיוחד. זה נפוץ יותר ב-MOSFET עם זרם גבוה במתח בינוני מתחת ל-150A ומעל ל-30V. בנוסף ל-D2PAK (TO-263AB), הוא כולל גם את TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 וסגנונות נוספים, הכפופים ל-TO-263, בעיקר בשל המספר והמרחק השונים של הפינים .
מפרט גודל חבילה TO-263/D2PAKs
3. חבילת מערך רשת פינים (PGA)
ישנם פיני מערך מרובעים מרובים בתוך ומחוץ לשבב PGA (Pin Grid Array Package). כל סיכת מערך מרובעת מסודרת במרחק מסוים מסביב לשבב. בהתאם למספר הפינים, ניתן ליצור אותו ל-2 עד 5 עיגולים. במהלך ההתקנה, פשוט הכנס את השבב לשקע PGA המיוחד. יש לו את היתרונות של חיבור וניתוק קל ומהימנות גבוהה, והוא יכול להסתגל לתדרים גבוהים יותר.
סגנון חבילת PGA
רוב מצעי השבבים שלו עשויים מחומר קרמי, וחלקם משתמשים בשרף פלסטי מיוחד כמצע. מבחינת טכנולוגיה, מרחק מרכז הסיכה הוא בדרך כלל 2.54 מ"מ, ומספר הפינים נע בין 64 ל-447. המאפיין של אריזה מסוג זה הוא שככל ששטח האריזה (נפח קטן יותר), צריכת החשמל (ביצועים) קטנה יותר. ) זה יכול לעמוד, ולהיפך. סגנון אריזה זה של שבבים היה נפוץ יותר בימים הראשונים, והוא שימש בעיקר לאריזת מוצרים בעלי צריכת חשמל גבוהה כגון מעבדים. לדוגמה, 80486 ופנטיום של אינטל משתמשים כולם בסגנון האריזה הזה; זה לא מאומץ באופן נרחב על ידי יצרני MOSFET.
4. Small Outline Transistor Package (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) היא חבילת טרנזיסטור כוח קטן מסוג תיקון, הכוללת בעיקר SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (כלומר SOT23-5) וכו'. SOT323, SOT363/SOT26 (כלומר SOT23-6) וסוגים נוספים הם נגזרות, שגודלן קטן יותר מחבילות TO.
סוג חבילת SOT
SOT23 היא חבילת טרנזיסטור נפוצה עם שלושה פינים בצורת כנפיים, כלומר אספן, פולט ובסיס, הרשומים משני צידי הצד הארוך של הרכיב. ביניהם, הפולט והבסיס נמצאים באותו צד. הם נפוצים בטרנזיסטורים בעלי הספק נמוך, טרנזיסטורי אפקט שדה וטרנזיסטורים מרוכבים עם רשתות נגד. יש להם חוזק טוב אבל יכולת הלחמה גרועה. המראה מוצג באיור (א) להלן.
ל-SOT89 שלושה פינים קצרים המפוזרים בצד אחד של הטרנזיסטור. הצד השני הוא גוף קירור מתכת המחובר לבסיס להגברת יכולת פיזור החום. זה נפוץ בטרנזיסטורים משטחי הספק סיליקון והוא מתאים ליישומי הספק גבוה יותר. המראה מוצג באיור (ב) למטה.
ל-SOT143 יש ארבעה פינים קצרים בצורת כנף, אשר מובלים החוצה משני הצדדים. הקצה הרחב יותר של הסיכה הוא האספן. סוג זה של חבילה נפוץ בטרנזיסטורים בתדר גבוה, והמראה שלה מוצג באיור (ג) למטה.
SOT252 הוא טרנזיסטור בעל הספק גבוה עם שלושה פינים המובילים מצד אחד, והפין האמצעי קצר יותר והוא הקולט. חבר לפין הגדול יותר בקצה השני, שהוא יריעת נחושת לפיזור חום, והמראה שלה הוא כפי שמוצג באיור (ד) למטה.
השוואת מראה חבילת SOT נפוצה
ה-SOT-89 MOSFET עם ארבעה טרמינלים נמצא בשימוש נפוץ בלוחות אם. המפרטים והמידות שלו הם כדלקמן:
מפרטי גודל SOT-89 MOSFET (יחידה: מ"מ)
5. חבילת מתאר קטנה (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) היא אחת מחבילות הרכבה על פני השטח, המכונה גם SOL או DFP. הסיכות נשלפות משני צידי האריזה בצורת כנף שחף (צורת L). החומרים הם פלסטיק וקרמיקה. תקני אריזת SOP כוללים SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 וכו'. המספר שאחרי SOP מציין את מספר הפינים. רוב חבילות MOSFET SOP מאמצות מפרטי SOP-8. לעתים קרובות התעשייה משמיטה את "P" ומקצרת אותו כ-SO (Small Out-Line).
גודל חבילה SOP-8
SO-8 פותח לראשונה על ידי חברת PHILIP. הוא ארוז בפלסטיק, אין לו צלחת תחתונה של פיזור חום, ופיזור חום גרוע. הוא משמש בדרך כלל עבור MOSFETs עם הספק נמוך. מאוחר יותר, מפרטים סטנדרטיים כגון TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) וכו' נגזרו בהדרגה; ביניהם, TSOP ו-TSOP נמצאים בשימוש נפוץ באריזות MOSFET.
מפרטים נגזרים של SOP המשמשים בדרך כלל עבור MOSFETs
6. חבילת Quad Flat (QFP)
המרחק בין פיני שבבים בחבילת QFP (Plastic Quad Flat Package) קטן מאוד והפינים דקים מאוד. הוא משמש בדרך כלל במעגלים משולבים בקנה מידה גדול או גדול במיוחד, ומספר הפינים הוא בדרך כלל יותר מ-100. שבבים ארוזים בצורה זו חייבים להשתמש בטכנולוגיית הרכבה משטח SMT כדי להלחים את השבב ללוח האם. לשיטת אריזה זו יש ארבעה מאפיינים עיקריים: ① היא מתאימה לטכנולוגיית הרכבה משטח SMD להתקנת חיווט על לוחות מעגלים PCB; ② זה מתאים לשימוש בתדר גבוה; ③ קל לתפעול ובעל אמינות גבוהה; ④ היחס בין אזור השבב לאזור האריזה קטן. כמו שיטת האריזה PGA, שיטת אריזה זו עוטפת את השבב באריזת פלסטיק ואינה יכולה לפזר את החום שנוצר כאשר השבב עובד בזמן. זה מגביל את השיפור של ביצועי MOSFET; ואריזת הפלסטיק עצמה מגדילה את גודל המכשיר, שאינו עומד בדרישות לפיתוח מוליכים למחצה בכיוון של קל, דק, קצר וקטן. בנוסף, שיטת אריזה מסוג זה מבוססת על שבב בודד, שיש לו בעיות של יעילות ייצור נמוכה ועלות אריזה גבוהה. לכן, QFP מתאים יותר לשימוש במעגלי LSI לוגיים דיגיטליים כגון מיקרו-מעבדים/מערכי שער, ומתאים גם לאריזת מוצרי מעגלי LSI אנלוגיים כגון עיבוד אותות VTR ועיבוד אותות אודיו.
7、חבילה שטוחה מרובעת ללא לידים (QFN)
חבילת QFN (Quad Flat Non-leaded package) מצוידת במגעי אלקטרודה בכל ארבעת הצדדים. מכיוון שאין מובילים, אזור ההרכבה קטן מ-QFP והגובה נמוך מ-QFP. ביניהם, QFN קרמי נקרא גם LCC (Leadless Chip Carriers), ו-QFN פלסטיק בעלות נמוכה באמצעות חומר בסיס מצע מודפס שרף אפוקסי מזכוכית נקרא פלסטיק LCC, PCLC, P-LCC, וכו'. זוהי אריזת שבבים מתפתחת על פני השטח. טכנולוגיה עם גודל רפידה קטן, נפח קטן ופלסטיק כחומר איטום. QFN משמש בעיקר לאריזת מעגלים משולבים, ולא ייעשה שימוש ב-MOSFET. עם זאת, מכיוון שאינטל הציעה דרייבר משולב ופתרון MOSFET, היא השיקה את DrMOS בחבילת QFN-56 ("56" מתייחס ל-56 פיני החיבור בגב השבב).
יש לציין כי לחבילת ה-QFN יש אותה תצורת לידים חיצונית כמו חבילת מתאר קטן במיוחד (TSSOP), אך גודלה קטן ב-62% מה-TSSOP. על פי נתוני המודלים של QFN, הביצועים התרמיים שלו גבוהים ב-55% מאלו של אריזות TSSOP, והביצועים החשמליים שלו (השראות וקיבול) גבוהים ב-60% וב-30% מאריזת TSSOP בהתאמה. החיסרון הגדול ביותר הוא שקשה לתקן.
DrMOS בחבילת QFN-56
ספקי כוח מיתוג בדיד DC/DC מסורתיים אינם יכולים לעמוד בדרישות לצפיפות הספק גבוהה יותר, וגם לא יכולים לפתור את הבעיה של השפעות פרמטרים טפיליים בתדרי מיתוג גבוהים. עם החדשנות וההתקדמות של הטכנולוגיה, זה הפך למציאות לשלב דרייברים ו-MOSFETs לבניית מודולים מרובי שבבים. שיטת שילוב זו יכולה לחסוך מקום ניכר ולהגדיל את צפיפות צריכת החשמל. באמצעות אופטימיזציה של דרייברים ו-MOSFET, זה הפך למציאות. יעילות חשמל וזרם DC באיכות גבוהה, זהו IC Driver משולב DrMOS.
Renesas דור 2 DrMOS
החבילה ללא עופרת QFN-56 הופכת את העכבה התרמית של DrMOS לנמוכה מאוד; עם חיבור חוט פנימי ועיצוב קליפ נחושת, ניתן למזער חיווט PCB חיצוני, ובכך להפחית את השראות וההתנגדות. בנוסף, תהליך ה-MOSFET של הסיליקון העמוק בשימוש יכול גם להפחית משמעותית את הפסדי ההולכה, המיתוג וטעינת השער; הוא תואם למגוון בקרים, יכול להשיג מצבי הפעלה שונים ותומך במצב המרת פאזה אקטיבית APS (Auto Phase Switching). בנוסף לאריזת QFN, אריזה דו-צדדית שטוחה ללא עופרת (DFN) היא גם תהליך אריזה אלקטרוני חדש שנעשה בו שימוש נרחב ברכיבים שונים של ON Semiconductor. בהשוואה ל-QFN, ל-DFN יש פחות אלקטרודות מובילות משני הצדדים.
8、מנשא שבבים עופרת פלסטיק (PLCC)
ל-PLCC (Plastic Quad Flat Package) יש צורה מרובעת והוא קטן בהרבה מחבילת DIP. יש לו 32 פינים עם פינים מסביב. הפינים מובלים החוצה מארבעת הצדדים של האריזה בצורת T. זה מוצר פלסטיק. מרחק מרכז הסיכה הוא 1.27 מ"מ, ומספר הפינים נע בין 18 ל-84. הפינים בצורת J אינם מעוותים בקלות וקל יותר לתפעול מאשר QFP, אך בדיקת המראה לאחר הריתוך קשה יותר. אריזת PLCC מתאימה להתקנת חיווט על PCB באמצעות טכנולוגיית הרכבה משטח SMT. יש לו את היתרונות של גודל קטן ואמינות גבוהה. אריזת PLCC נפוצה יחסית ומשמשת במעגלים LSI לוגיים, DLD (או התקן לוגי תוכנה) ומעגלים אחרים. צורת אריזה זו משמשת לעתים קרובות ב-BIOS של לוח האם, אך כיום היא פחות נפוצה ב-MOSFETs.
אנקפסולציה ושיפור עבור ארגונים מיינסטרים
בשל מגמת הפיתוח של מתח נמוך וזרם גבוה במעבדים, MOSFETs נדרשים להיות בעלי זרם פלט גדול, התנגדות הפעלה נמוכה, ייצור חום נמוך, פיזור חום מהיר וגודל קטן. בנוסף לשיפור הטכנולוגיה והתהליכים לייצור שבבים, יצרני MOSFET ממשיכים גם לשפר את טכנולוגיית האריזה. על בסיס תאימות למפרטי מראה סטנדרטיים, הם מציעים צורות אריזה חדשות ורושמים שמות סימנים מסחריים עבור החבילות החדשות שהם מפתחים.
חבילות 1、RENESAS WPAK, LFPAK ו-LFPAK-I
WPAK היא חבילת קרינת חום גבוהה שפותחה על ידי Renesas. על ידי חיקוי חבילת D-PAK, גוף הקירור של השבב מרותך ללוח האם, והחום מתפזר דרך לוח האם, כך שהחבילה הקטנה WPAK יכולה להגיע גם לזרם המוצא של D-PAK. WPAK-D2 מארז שני MOSFETs גבוה/נמוך להפחתת השראות החיווט.
גודל חבילת Renesas WPAK
LFPAK ו-LFPAK-I הן שתי חבילות קטנות אחרות שפותחו על ידי Renesas התואמות ל-SO-8. LFPAK דומה ל-D-PAK, אך קטן יותר מ-D-PAK. LFPAK-i ממקם את גוף הקירור כלפי מעלה כדי לפזר חום דרך גוף הקירור.
חבילות LFPAK ו-LFPAK-I של Renesas
2. אריזות Vishay Power-PAK ו-Polar-PAK
Power-PAK הוא שם החבילה MOSFET הרשום על ידי Vishay Corporation. Power-PAK כולל שני מפרטים: Power-PAK1212-8 ו-Power-PAK SO-8.
חבילת Vishay Power-PAK1212-8
חבילת Vishay Power-PAK SO-8
Polar PAK היא חבילה קטנה עם פיזור חום דו צדדי והיא אחת מטכנולוגיות הליבה של Vishay. Polar PAK זהה לחבילת so-8 הרגילה. יש לו נקודות פיזור הן בצד העליון והן בצד התחתון של האריזה. לא קל לצבור חום בתוך האריזה ויכול להגדיל את צפיפות הזרם של זרם ההפעלה לכפול מזה של SO-8. נכון לעכשיו, Vishay העניקה רישיון לטכנולוגיית Polar PAK ל-STMicroelectronics.
חבילת Vishay Polar PAK
3. חבילות עופרת שטוחות של Onsemi SO-8 ו-WDFN8
ON Semiconductor פיתחה שני סוגים של MOSFETs עם עופרת עופרת שטוחה, ביניהם המוליכים השטוחים התואמים ל-SO-8 משמשים לוחות רבים. ה-MOSFETs החדשים של ON Semiconductor שהושקו לאחרונה, משתמשים בחבילות קומפקטיות של DFN5 (SO-8FL) ו-WDFN8 כדי למזער את הפסדי ההולכה. הוא כולל גם QG נמוך וקיבול כדי למזער את הפסדי הנהג.
ON Semiconductor SO-8 חבילת עופרת שטוחה
חבילת ON Semiconductor WDFN8
4. אריזות NXP LFPAK ו-QLPAK
NXP (לשעבר פילפס) שיפרה את טכנולוגיית האריזה SO-8 לתוך LFPAK ו-QLPAK. ביניהם, LFPAK נחשבת לחבילת הכוח SO-8 האמינה ביותר בעולם; בעוד ל-QLPAK יש מאפיינים של גודל קטן ויעילות פיזור חום גבוהה יותר. בהשוואה ל-SO-8 רגיל, QLPAK תופס שטח לוח PCB של 6*5 מ"מ ויש לו התנגדות תרמית של 1.5k/W.
חבילת NXP LFPAK
אריזת NXP QLPAK
4. חבילת ST Semiconductor PowerSO-8
טכנולוגיות אריזת שבבי הכוח MOSFET של STMicroelectronics כוללות SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK וכו'. ביניהן, Power SO-8 היא גרסה משופרת של SO-8. בנוסף, קיימות חבילות PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 וחבילות נוספות.
חבילת STMicroelectronics Power SO-8
5. חבילת Fairchild Semiconductor Power 56
Power 56 הוא השם הבלעדי של Farichild, ושמו הרשמי הוא DFN5×6. אזור האריזה שלו דומה לזה של ה-TSOP-8 הנפוץ, והאריזה הדקה חוסכת בגובה מרווח הרכיבים, ועיצוב ה-Thermal-Pad בתחתית מפחית את ההתנגדות התרמית. לכן, יצרני מכשירי חשמל רבים פרסו את DFN5×6.
חבילת Fairchild Power 56
6. חבילת ישיר FET International Rectifier (IR).
Direct FET מספק קירור עליון יעיל בטביעת רגל SO-8 או קטנה יותר ומתאים ליישומי המרת מתח AC-DC ו-DC-DC במחשבים, מחשבים ניידים, טלקומוניקציה וציוד אלקטרוניקה לצרכן. מבנה פח המתכת של DirectFET מספק פיזור חום דו-צדדי, ומכפיל למעשה את יכולות הטיפול הנוכחי של ממירי DC-DC באק בתדר גבוה בהשוואה לאריזות פלסטיק סטנדרטיות בדידות. חבילת ה-Direct FET היא מסוג הפוך, כאשר גוף קירור הניקוז (D) פונה כלפי מעלה ומכוסה במעטפת מתכת, שדרכה מתפזר החום. אריזת FET ישירה משפרת מאוד את פיזור החום ותופסת פחות מקום עם פיזור חום טוב.
לְסַכֵּם
בעתיד, ככל שתעשיית הייצור האלקטרוני תמשיך להתפתח בכיוון של דק במיוחד, מזעור, מתח נמוך וזרם גבוה, גם המראה ומבנה האריזה הפנימי של MOSFET ישתנו כדי להתאים טוב יותר לצרכי הפיתוח של הייצור. תַעֲשִׂיָה. בנוסף, על מנת להוריד את סף הבחירה ליצרני אלקטרוניקה, מגמת פיתוח ה-MOSFET בכיוון של מודולריזציה ואריזה ברמת המערכת תהפוך לברורה יותר ויותר, ומוצרים יתפתחו בצורה מתואמת ממספר ממדים כמו ביצועים ועלות. . החבילה היא אחד מגורמי ההתייחסות החשובים לבחירת MOSFET. למוצרים אלקטרוניים שונים יש דרישות חשמל שונות, וסביבות התקנה שונות דורשות גם מפרטי גודל תואמים כדי לעמוד בהם. בבחירה בפועל, ההחלטה צריכה להתקבל לפי הצרכים בפועל לפי העיקרון הכללי. חלק מהמערכות האלקטרוניות מוגבלות על ידי גודל ה-PCB והגובה הפנימי. לדוגמה, ספקי כוח מודול של מערכות תקשורת משתמשים בדרך כלל בחבילות DFN5*6 ו-DFN3*3 עקב מגבלות גובה; בחלק מהספקי הכוח של ACDC, עיצובים דקים במיוחד או בשל מגבלות מעטפת מתאימים להרכבת MOSFET-MOSFETs ארוזים מסוג TO220. בשלב זה, ניתן להכניס את הפינים ישירות לשורש, שאינו מתאים למוצרים ארוזים TO247; כמה עיצובים דקים במיוחד מחייבים את סיכות המכשיר לכופף ולהניח שטוח, מה שיגדיל את המורכבות של בחירת MOSFET.
כיצד לבחור MOSFET
מהנדס אמר לי פעם שהוא מעולם לא הסתכל בעמוד הראשון של גיליון נתונים של MOSFET כי המידע ה"מעשי" הופיע רק בעמוד השני ומעבר לו. כמעט כל עמוד בגיליון נתונים של MOSFET מכיל מידע בעל ערך עבור מעצבים. אבל לא תמיד ברור איך לפרש את הנתונים שמספקים היצרנים.
מאמר זה מתאר כמה מהמפרטים העיקריים של MOSFETs, כיצד הם מופיעים בגיליון הנתונים, והתמונה הברורה שאתה צריך כדי להבין אותם. כמו רוב המכשירים האלקטרוניים, MOSFETs מושפעים מטמפרטורת הפעולה. לכן חשוב להבין את תנאי הבדיקה שבהם מיושמים האינדיקטורים שהוזכרו. חשוב גם להבין אם האינדיקטורים שאתה רואה ב"מבוא המוצר" הם ערכים "מקסימליים" או "טיפוסיים", מכיוון שחלק מגליונות הנתונים אינם מבהירים זאת.
דרגת מתח
המאפיין העיקרי שקובע MOSFET הוא מתח מקור הניקוז שלו VDS, או "מתח התמוטטות מקור הניקוז", שהוא המתח הגבוה ביותר שה-MOSFET יכול לעמוד בו ללא נזק כאשר השער מקוצר למקור ולזרם הניקוז. הוא 250μA. . VDS נקרא גם "מתח מרבי מוחלט ב-25°C", אך חשוב לזכור שהמתח המוחלט הזה תלוי בטמפרטורה, ובדרך כלל יש "מקדם טמפרטורה VDS" בגיליון הנתונים. אתה גם צריך להבין ש-VDS מקסימלי הוא מתח DC בתוספת כל קוצים ואדוות מתח שעשויים להיות במעגל. לדוגמה, אם אתה משתמש במכשיר 30V על ספק כוח של 30V עם ספייק של 100mV, 5ns, המתח יחרוג מהמגבלה המקסימלית המוחלטת של המכשיר והמכשיר עלול להיכנס למצב מפולת. במקרה זה, לא ניתן להבטיח את האמינות של ה-MOSFET. בטמפרטורות גבוהות, מקדם הטמפרטורה יכול לשנות באופן משמעותי את מתח ההתמוטטות. לדוגמה, לחלק מה-MOSFETs עם ערוץ N עם דירוג מתח של 600V יש מקדם טמפרטורה חיובי. כשהם מתקרבים לטמפרטורת הצומת המקסימלית שלהם, מקדם הטמפרטורה גורם ל-MOSFETs אלה להתנהג כמו 650V MOSFETs. כללי עיצוב רבים של משתמשי MOSFET דורשים מקדם ירידה של 10% עד 20%. בעיצובים מסוימים, בהתחשב בעובדה שמתח התמוטטות בפועל גבוה ב-5% עד 10% מהערך המדורג ב-25°C, יתווסף מרווח עיצובי שימושי תואם לתכנון בפועל, מה שמועיל מאוד לתכנון. חשוב לא פחות לבחירה הנכונה של MOSFETs הוא הבנת התפקיד של מתח מקור השער VGS במהלך תהליך ההולכה. מתח זה הוא המתח המבטיח הולכה מלאה של ה-MOSFET במצב RDS(on) מקסימלי נתון. זו הסיבה שההתנגדות להפעלה קשורה תמיד לרמת ה-VGS, ורק במתח זה ניתן להפעיל את המכשיר. תוצאה עיצובית חשובה היא שלא ניתן להפעיל את ה-MOSFET במלואו עם מתח נמוך מה-VGS המינימלי המשמש להשגת דירוג RDS(on). לדוגמה, כדי להפעיל MOSFET במלואו עם מיקרו-בקר של 3.3V, אתה צריך להיות מסוגל להפעיל את ה-MOSFET ב-VGS=2.5V ומטה.
התנגדות נגד, טעינת שער ו"נתון של זכות"
התנגדות ההפעלה של MOSFET נקבעת תמיד במתח אחד או יותר של שער למקור. מגבלת ה-RDS(on) המקסימלית יכולה להיות גבוהה ב-20% עד 50% מהערך הטיפוסי. הגבול המקסימלי של RDS(on) מתייחס בדרך כלל לערך בטמפרטורת צומת של 25°C. בטמפרטורות גבוהות יותר, RDS(on) יכול לעלות ב-30% עד 150%, כפי שמוצג באיור 1. מכיוון ש-RDS(on) משתנה עם הטמפרטורה ולא ניתן להבטיח את ערך ההתנגדות המינימלי, זיהוי זרם המבוסס על RDS(on) אינו שיטה מאוד מדויקת.
איור 1 RDS(מופעל) עולה עם הטמפרטורה בטווח של 30% עד 150% מטמפרטורת הפעולה המקסימלית
התנגדות הפעלה חשובה מאוד גם עבור MOSFETs N-channel וגם P-channel. במיתוג ספקי כוח, Qg הוא קריטריון בחירה מרכזי עבור MOSFETs N-ערוץ המשמשים במיתוג ספקי כוח מכיוון ש-Qg משפיע על הפסדי המיתוג. להפסדים אלה יש שתי השפעות: האחת היא זמן ההחלפה שמשפיע על הפעלה וכיבוי של ה-MOSFET; השני הוא האנרגיה הנדרשת לטעינת קיבול השער במהלך כל תהליך מיתוג. דבר אחד שצריך לזכור הוא ש-Qg תלוי במתח מקור השער, גם אם שימוש ב-Vgs נמוך יותר מפחית את הפסדי המיתוג. כדרך מהירה להשוות בין MOSFETs המיועדים לשימוש ביישומי מיתוג, מעצבים משתמשים לעתים קרובות בנוסחה יחידה המורכבת מ-RDS(on) עבור הפסדי הולכה ו-Qg עבור הפסדי מיתוג: RDS(on)xQg. "נתון ראוי" (FOM) זה מסכם את ביצועי המכשיר ומאפשר השוואה בין MOSFETs במונחים של ערכים טיפוסיים או מקסימליים. כדי להבטיח השוואה מדויקת בין מכשירים, עליך לוודא שאותו VGS משמש עבור RDS(on) ו-Qg, ושהערכים הטיפוסיים והמקסימליים אינם מתערבבים יחד בפרסום. FOM נמוך יותר ייתן לך ביצועים טובים יותר בהחלפת יישומים, אבל זה לא מובטח. את תוצאות ההשוואה הטובות ביותר ניתן להשיג רק במעגל בפועל, ובמקרים מסוימים ייתכן שיהיה צורך לכוונן את המעגל עבור כל MOSFET. זרם מדורג ופיזור הספק, בהתבסס על תנאי בדיקה שונים, לרוב ה-MOSFETs יש זרם ניקוז רציף אחד או יותר בגיליון הנתונים. כדאי לעיין בגיליון הנתונים בזהירות כדי להבין אם הדירוג הוא בטמפרטורת המארז שצוינה (למשל TC=25°C), או טמפרטורת הסביבה (למשל TA=25°C). איזה מהערכים האלה הוא הרלוונטי ביותר יהיה תלוי במאפייני המכשיר וביישום (ראה איור 2).
איור 2 כל ערכי הזרם וההספק המרביים המוחלטים הם נתונים אמיתיים
עבור התקני הרכבה משטח קטנים המשמשים במכשירי כף יד, רמת הזרם הרלוונטית ביותר עשויה להיות זו בטמפרטורת הסביבה של 70°C. עבור ציוד גדול עם גופי קירור וקירור אוויר מאולץ, הרמה הנוכחית ב-TA=25℃ עשויה להיות קרובה יותר למצב בפועל. עבור מכשירים מסוימים, התבנית יכולה להתמודד עם יותר זרם בטמפרטורת הצומת המקסימלית שלו מאשר מגבלות החבילה. בכמה גיליונות נתונים, רמת הזרם "מוגבלת קוביות" זו היא מידע נוסף לרמה הנוכחית "מוגבלת חבילה", שיכולה לתת לך מושג לגבי חוסנה של הקובייה. שיקולים דומים חלים על פיזור כוח מתמשך, אשר תלוי לא רק בטמפרטורה אלא גם בזמן. תארו לעצמכם מכשיר הפועל ברציפות ב-PD=4W למשך 10 שניות ב-TA=70℃. מה שמהווה פרק זמן "רציף" ישתנה בהתבסס על חבילת MOSFET, אז תרצה להשתמש בתרשים עכבת המעבר התרמית המנורמל מגיליון הנתונים כדי לראות איך נראה פיזור ההספק לאחר 10 שניות, 100 שניות או 10 דקות . כפי שמוצג באיור 3, מקדם ההתנגדות התרמית של מכשיר מיוחד זה לאחר פעימה של 10 שניות הוא בערך 0.33, כלומר ברגע שהאריזה מגיעה לרוויה תרמית לאחר כ-10 דקות, יכולת פיזור החום של המכשיר היא רק 1.33W במקום 4W . למרות שיכולת פיזור החום של המכשיר יכולה להגיע לכ-2W בקירור טוב.
איור 3 התנגדות תרמית של MOSFET כאשר מופעל דופק כוח
למעשה, אנו יכולים לחלק את אופן בחירת MOSFET לארבעה שלבים.
השלב הראשון: בחר N channel או P channel
השלב הראשון בבחירת המכשיר המתאים לעיצוב שלך הוא ההחלטה אם להשתמש ב-MOSFET ערוץ N או ערוץ P. ביישום מתח טיפוסי, כאשר MOSFET מחובר לאדמה והעומס מחובר למתח החשמל, ה-MOSFET יוצר את המתג הנמוך. במתג הצד הנמוך, יש להשתמש ב-MOSFET N-channel עקב שיקולים של המתח הנדרש כדי לכבות או להפעיל את המכשיר. כאשר ה-MOSFET מחובר לאוטובוס ועומס לאדמה, נעשה שימוש במתג צד גבוה. בדרך כלל נעשה שימוש ב-MOSFET של ערוץ P בטופולוגיה זו, אשר נובעת גם משיקולי כונן מתח. כדי לבחור את המכשיר המתאים ליישום שלך, עליך לקבוע את המתח הנדרש להנעת המכשיר ואת הדרך הקלה ביותר לעשות זאת בעיצוב שלך. השלב הבא הוא לקבוע את דירוג המתח הנדרש, או את המתח המרבי שהמכשיר יכול לעמוד בו. ככל שדירוג המתח גבוה יותר, כך עלות המכשיר גבוהה יותר. על פי ניסיון מעשי, המתח הנקוב צריך להיות גדול ממתח הרשת או מתח האוטובוס. זה יספק הגנה מספקת כדי שה-MOSFET לא ייכשל. בעת בחירת MOSFET, יש צורך לקבוע את המתח המרבי שניתן לסבול מהניקוז למקור, כלומר, ה-VDS המקסימלי. חשוב לדעת שהמתח המרבי ש-MOSFET יכול לעמוד בשינויים עם הטמפרטורה. על המעצבים לבדוק שינויים במתח בכל טווח טמפרטורת ההפעלה. למתח המדורג חייב להיות מספיק מרווח כדי לכסות את טווח השונות הזה כדי להבטיח שהמעגל לא ייכשל. גורמי בטיחות נוספים שמהנדסי תכנון צריכים לקחת בחשבון כוללים מעברי מתח הנגרמים על ידי מיתוג אלקטרוניקה כגון מנועים או שנאים. מתחים מדורגים משתנים עבור יישומים שונים; בדרך כלל, 20V עבור מכשירים ניידים, 20-30V עבור ספקי כוח FPGA, ו-450-600V עבור יישומי 85-220VAC.
שלב 2: קבע את הזרם המדורג
השלב השני הוא לבחור את הדירוג הנוכחי של ה-MOSFET. בהתאם לתצורת המעגל, זרם מדורג זה צריך להיות הזרם המרבי שהעומס יכול לעמוד בו בכל הנסיבות. בדומה למצב המתח, על המתכנן להבטיח שה-MOSFET שנבחר יכול לעמוד בדירוג הזרם הזה, גם כאשר המערכת מייצרת קוצים זרם. שני התנאים הנוכחיים הנחשבים הם מצב רציף ודופק. במצב הולכה רציפה, ה-MOSFET נמצא במצב יציב, שבו זרם זורם ברציפות דרך המכשיר. ספייק דופק מתייחס לנחשול גדול (או זרם ספייק) שזורם דרך המכשיר. ברגע שהזרם המקסימלי בתנאים האלה נקבע, זה פשוט עניין של בחירת מכשיר שיכול להתמודד עם הזרם המרבי הזה. לאחר בחירת הזרם המדורג, יש לחשב גם את אובדן ההולכה. במצבים בפועל, MOSFET אינו מכשיר אידיאלי מכיוון שיש אובדן אנרגיה חשמלית במהלך תהליך ההולכה, מה שנקרא אובדן הולכה. MOSFET מתנהג כמו נגד משתנה כאשר הוא "פועל", אשר נקבע על ידי RDS(ON) של המכשיר ומשתנה באופן משמעותי עם הטמפרטורה. ניתן לחשב את אובדן החשמל של המכשיר על ידי Iload2×RDS(ON). מכיוון שהתנגדות ההפעלה משתנה עם הטמפרטורה, גם אובדן הכוח ישתנה באופן פרופורציונלי. ככל שהמתח VGS המופעל על ה-MOSFET גבוה יותר, כך ה-RDS(ON) יהיה קטן יותר; לעומת זאת, ככל שה-RDS(ON) יהיה גבוה יותר. עבור מעצב המערכת, כאן נכנסות הפשרות בהתאם למתח המערכת. עבור עיצובים ניידים, קל יותר (ונפוץ יותר) להשתמש במתחים נמוכים יותר, בעוד עבור עיצובים תעשייתיים, ניתן להשתמש במתחים גבוהים יותר. שימו לב שהתנגדות ה-RDS(ON) תעלה מעט עם הזרם. ניתן למצוא שינויים בפרמטרים חשמליים שונים של הנגד RDS(ON) בגיליון הנתונים הטכניים שסופק על ידי היצרן. לטכנולוגיה יש השפעה משמעותית על מאפייני המכשיר, מכיוון שטכנולוגיות מסוימות נוטות להגביר את ה-RDS(ON) בעת הגדלת ה-VDS המקסימלי. עבור טכנולוגיה כזו, אם אתה מתכוון להפחית את VDS ו-RDS(ON), עליך להגדיל את גודל השבב, ובכך להגדיל את גודל החבילה התואמת ועלויות הפיתוח הנלוות. ישנן מספר טכנולוגיות בתעשייה המנסות לשלוט בגידול בגודל השבב, כאשר החשובות שבהן הן טכנולוגיות איזון ערוצים וטעינה. בטכנולוגיית תעלה, תעלה עמוקה מוטבעת בפרוסה, השמורה בדרך כלל למתחים נמוכים, כדי להפחית את ההתנגדות RDS(ON). על מנת להפחית את ההשפעה של VDS מקסימלי על RDS(ON), נעשה שימוש בתהליך הפיתוח של עמודת צמיחה אפיטקסיאלית/עמודת תחריט. לדוגמה, Fairchild Semiconductor פיתחה טכנולוגיה בשם SuperFET שמוסיפה שלבי ייצור נוספים להפחתת RDS(ON). התמקדות זו ב-RDS(ON) חשובה מכיוון שככל שמתח השבר של MOSFET סטנדרטי גדל, RDS(ON) גדל באופן אקספוננציאלי ומוביל לגידול בגודל התבנית. תהליך ה-SuperFET משנה את הקשר האקספוננציאלי בין RDS(ON) וגודל הפרוסה לקשר ליניארי. בדרך זו, התקני SuperFET יכולים להשיג RDS(ON) נמוך אידאלי בגדלים קטנים, אפילו עם מתחי פירוק של עד 600V. התוצאה היא שניתן להקטין את גודל הפרוסות בעד 35%. עבור משתמשי קצה, המשמעות היא הפחתה משמעותית בגודל החבילה.
שלב שלישי: קביעת דרישות תרמיות
השלב הבא בבחירת MOSFET הוא לחשב את הדרישות התרמיות של המערכת. המעצבים חייבים לשקול שני תרחישים שונים, התרחיש הגרוע ביותר ותרחיש העולם האמיתי. מומלץ להשתמש בתוצאת החישוב הגרוע ביותר, מכיוון שתוצאה זו מספקת מרווח בטיחות גדול יותר ומבטיחה שהמערכת לא תיכשל. יש גם כמה נתוני מדידה שדורשים התייחסות בגיליון הנתונים של MOSFET; כגון ההתנגדות התרמית בין צומת המוליכים למחצה של המכשיר הארוז לבין הסביבה, וטמפרטורת הצומת המקסימלית. טמפרטורת הצומת של המכשיר שווה לטמפרטורת הסביבה המקסימלית בתוספת התוצר של התנגדות תרמית ופיזור הספק (טמפרטורת צומת = טמפרטורת סביבה מקסימלית + [התנגדות תרמית × פיזור הספק]). לפי משוואה זו ניתן לפתור את פיזור ההספק המרבי של המערכת, השווה ל-I2×RDS(ON) בהגדרה. מכיוון שהמעצב קבע את הזרם המקסימלי שיעבור במכשיר, ניתן לחשב RDS(ON) בטמפרטורות שונות. ראוי לציין שכאשר עוסקים במודלים תרמיים פשוטים, על המעצבים לשקול גם את הקיבולת התרמית של צומת המוליכים למחצה/מארז ההתקן והמארז/הסביבה; הדבר מחייב שהמעגל המודפס והאריזה לא יתחממו מיד. התמוטטות מפולת פירושה שהמתח ההפוך במכשיר המוליך למחצה חורג מהערך המרבי ויוצר שדה חשמלי חזק להגברת הזרם במכשיר. זרם זה יפזר כוח, יעלה את הטמפרטורה של המכשיר, ואולי יפגע במכשיר. חברות מוליכים למחצה יבצעו בדיקות מפולת במכשירים, יחשבו את מתח המפולת שלהם, או יבדקו את חוסנו של המכשיר. קיימות שתי שיטות לחישוב מתח מדורג של מפולת; האחת היא שיטה סטטיסטית והשנייה היא חישוב תרמי. חישוב תרמי נמצא בשימוש נרחב מכיוון שהוא מעשי יותר. חברות רבות סיפקו פרטים על בדיקת המכשירים שלהן. לדוגמה, Fairchild Semiconductor מספקת "הנחיות Power MOSFET Avalanche" (הנחיות Power MOSFET Avalanche - ניתן להוריד מאתר Fairchild). בנוסף למחשוב, לטכנולוגיה יש גם השפעה רבה על אפקט המפולת. לדוגמה, עלייה בגודל התבנית מגבירה את ההתנגדות למפולות ובסופו של דבר מגבירה את חוסן המכשיר. עבור משתמשי קצה, המשמעות היא שימוש בחבילות גדולות יותר במערכת.
שלב 4: קבע את ביצועי המתגים
השלב האחרון בבחירת MOSFET הוא קביעת ביצועי המיתוג של ה-MOSFET. ישנם פרמטרים רבים שמשפיעים על ביצועי המיתוג, אך החשובים ביותר הם gate/drain, gate/source ו-drain/source. קבלים אלו יוצרים הפסדי מיתוג במכשיר מכיוון שהם נטענים בכל פעם שהם עוברים. לכן מהירות המעבר של ה-MOSFET מופחתת, וגם יעילות המכשיר מופחתת. כדי לחשב את סך ההפסדים במכשיר במהלך המיתוג, על המעצב לחשב את ההפסדים במהלך הדלקה (Eon) ואת ההפסדים במהלך כיבוי (Eoff). ניתן לבטא את ההספק הכולל של מתג ה-MOSFET באמצעות המשוואה הבאה: Psw=(Eon+Eoff)×תדר מיתוג. לטעינת השער (Qgd) יש את ההשפעה הגדולה ביותר על ביצועי המיתוג. בהתבסס על החשיבות של ביצועי מיתוג, טכנולוגיות חדשות מפותחות ללא הרף כדי לפתור בעיית מיתוג זו. הגדלת גודל השבב מגדילה את טעינת השער; זה מגדיל את גודל המכשיר. על מנת להפחית את הפסדי המיתוג, הופיעו טכנולוגיות חדשות כגון חמצון תחתית עבה של ערוץ, במטרה להפחית את טעינת השער. לדוגמה, הטכנולוגיה החדשה SuperFET יכולה למזער את הפסדי ההולכה ולשפר את ביצועי המיתוג על ידי הפחתת RDS(ON) וטעינת שער (Qg). בדרך זו, MOSFETs יכולים להתמודד עם מעברי מתח מהירים (dv/dt) ומעברי זרם (di/dt) במהלך המיתוג, ואף יכולים לפעול בצורה אמינה בתדרי מיתוג גבוהים יותר.
זמן פרסום: 23 באוקטובר 2023
