MOSFET'i tek bir makalede anlayın

Güç yarı iletken cihazları endüstri, tüketim, askeri ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve yüksek stratejik konuma sahiptir. Güç cihazlarının genel resmine bir resimden bakalım:

Güç yarı iletken cihazları, devre sinyallerinin kontrol derecesine göre tam tip, yarı kontrollü tip ve kontrol edilemeyen tipe ayrılabilir. Veya sürüş devresinin sinyal özelliklerine göre voltajla çalışan tip, akımla çalışan tip vb. olarak ayrılabilir.

sınıflandırma	tip	Özel güç yarı iletken cihazları
Elektrik sinyallerinin kontrol edilebilirliği	Yarı kontrollü tip	SCR
	Tam kontrol	GTO, GTR, MOSFET, IGBT
	Kontrol edilemez	Güç Diyotu
Sürüş sinyali özellikleri	Gerilim tahrikli tip	IGBT, MOSFET, SITH
Sürüş sinyali özellikleri	Akım tahrikli tip	SCR, GTO, GTR
Etkili sinyal dalga biçimi	Darbe tetikleme tipi	SCR, GTO
Etkili sinyal dalga biçimi	Elektronik kontrol tipi	GTR, MOSFET, IGBT
Akım taşıyan elektronların katıldığı durumlar	bipolar cihaz	Güç Diyotu、SCR、GTO、GTR、BSIT、BJT
	Tek kutuplu cihaz	MOSFET、SIT
	Kompozit cihaz	MCT, IGBT, SITH ve IGCT

Farklı güç yarı iletken cihazları voltaj, akım kapasitesi, empedans kapasitesi ve boyut gibi farklı özelliklere sahiptir. Gerçek kullanımda farklı alanlara ve ihtiyaçlara göre uygun cihazların seçilmesi gerekmektedir.

Farklı güç yarı iletken cihazlarının farklı özellikleri

Yarı iletken endüstrisi, doğuşundan bu yana üç nesil boyunca maddi değişimlerden geçti. Şu ana kadar Si ile temsil edilen ilk yarı iletken malzeme halen çoğunlukla güç yarı iletken cihazları alanında kullanılmaktadır.

Yarı iletken malzeme		Bant aralığı (eV)	Erime noktası(K)	ana uygulama
1. nesil yarı iletken malzemeler	Ge	1.1	1221	Alçak gerilim, düşük frekans, orta güç transistörleri, fotodetektörler
2. nesil yarı iletken malzemeler	Si	0,7	1687
3. nesil yarı iletken malzemeler	GaA'lar	1.4	1511	Mikrodalga, milimetre dalga cihazları, ışık yayan cihazlar
	SiC	3.05	2826	1. Yüksek sıcaklığa, yüksek frekansa, radyasyona dayanıklı, yüksek güçlü cihazlar 2. Mavi, dereceli, mor ışık yayan diyotlar, yarı iletken lazerler
	GaN	3.4	1973
	AIN	6.2	2470
	C	5.5	>3800
	ZnO	3.37	2248

Yarı kontrollü ve tam kontrollü güç cihazlarının özelliklerini özetleyin:

Cihaz türü	SCR	GTR	MOSFET	IGBT
Kontrol türü	Darbe tetikleyici	Akım kontrolü	voltaj kontrolü	film merkezi
kendi kendine kapanma hattı	Komutasyon kapatma	kendi kendine kapanan cihaz	kendi kendine kapanan cihaz	kendi kendine kapanan cihaz
çalışma frekansı	<1khz	<30khz	20khz-MHz	<40khz
Sürüş gücü	küçük	büyük	küçük	küçük
anahtarlama kayıpları	büyük	büyük	büyük	büyük
iletim kaybı	küçük	küçük	büyük	küçük
Gerilim ve akım seviyesi	最大	büyük	minimum	Daha
Tipik uygulamalar	Orta frekanslı indüksiyonlu ısıtma	UPS frekans dönüştürücü	anahtarlama güç kaynağı	UPS frekans dönüştürücü
fiyat	en düşük	daha düşük	ortada	En pahalı
iletkenlik modülasyon etkisi	sahip olmak	sahip olmak	hiçbiri	sahip olmak

MOSFET'leri tanıyın

MOSFET yüksek giriş empedansına, düşük gürültüye ve iyi termal kararlılığa sahiptir; basit bir üretim sürecine ve güçlü radyasyona sahiptir, bu nedenle genellikle amplifikatör devrelerinde veya anahtarlama devrelerinde kullanılır;

(1) Ana seçim parametreleri: drenaj kaynağı voltajı VDS (dayanım voltajı), ID sürekli kaçak akım, RDS(açık) açık direnç, Ciss giriş kapasitansı (kavşak kapasitansı), kalite faktörü FOM=Ron*Qg, vb.

(2) Farklı işlemlere göre, TrenchMOS'a bölünmüştür: hendek MOSFET, esas olarak 100V içindeki alçak gerilim alanında; SGT (Bölünmüş Kapı) MOSFET: bölünmüş kapı MOSFET'i, esas olarak 200V dahilinde orta ve alçak gerilim alanında; SJ MOSFET: süper bağlantı MOSFET'i, özellikle Yüksek gerilim alanında 600-800V;

Açık drenaj devresi gibi bir anahtarlamalı güç kaynağında, drenaj, açık drenaj olarak adlandırılan, sağlam bir şekilde yüke bağlanır. Açık drenaj devresinde, yükün bağlı olduğu voltaj ne kadar yüksek olursa olsun, yük akımı açılıp kapatılabilir. İdeal bir analog anahtarlama cihazıdır. Bu, bir anahtarlama cihazı olarak MOSFET'in prensibidir.

Pazar payı açısından MOSFET'lerin neredeyse tamamı büyük uluslararası üreticilerin elinde yoğunlaşmıştır. Bunlardan Infineon, 2015 yılında IR'yi (American International Rectifier Company) satın alarak sektör lideri oldu. ON Semiconductor ayrıca Eylül 2016'da Fairchild Semiconductor'ın satın alımını da tamamladı. Pazar payı ikinci sıraya yükseldi ve ardından satış sıralamasında Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna vb. yer aldı;

Ana akım MOSFET markaları birkaç seriye ayrılmıştır: Amerikan, Japon ve Kore.

Amerikan serileri: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS, vb.;

Japonca: Toshiba, Renesas, ROHM, vb.;

Kore serisi: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA

MOSFET paket kategorileri

PCB kartına takılma şekline göre iki ana MOSFET paketi türü vardır: plug-in (Through Hole) ve yüzeye montaj (Surface Mount).

Takılabilir tip, MOSFET'in pinlerinin PCB kartının montaj deliklerinden geçmesi ve PCB kartına kaynaklanması anlamına gelir. Yaygın eklenti paketleri şunları içerir: ikili hat içi paket (DIP), transistör anahat paketi (TO) ve pim ızgara dizisi paketi (PGA).

Takılabilir ambalaj

Yüzey montajı, MOSFET pimlerinin ve ısı dağıtma flanşının PCB kartının yüzeyindeki pedlere kaynaklandığı yerdir. Tipik yüzeye montaj paketleri şunları içerir: transistör ana hatları (D-PAK), küçük hatlı transistör (SOT), küçük hatlı paket (SOP), dörtlü düz paket (QFP), plastik kurşunlu çip taşıyıcı (PLCC), vb.

yüzeye montaj paketi

Teknolojinin gelişmesiyle birlikte anakartlar ve grafik kartları gibi PCB kartları artık giderek daha az doğrudan takılabilir ambalaj kullanıyor ve daha fazla yüzeye monte ambalaj kullanılıyor.

1. Çift hat içi paket (DIP)

DIP paketinde iki sıra pin bulunur ve DIP yapısına sahip bir çip yuvasına takılması gerekir. Türetme yöntemi, çift sıralı bir küçültme paketi olan SDIP'dir (Shrink DIP). Pim yoğunluğu DIP'inkinden 6 kat daha fazladır.

DIP paketleme yapısı formları şunları içerir: çok katmanlı seramik çift sıralı DIP, tek katmanlı seramik çift sıralı DIP, kurşun çerçeve DIP (cam-seramik sızdırmazlık tipi, plastik kapsülleme yapısı tipi, seramik düşük erime noktalı cam kapsülleme dahil) tip) vb. DIP ambalajın özelliği, PCB kartlarının delikli kaynağını kolayca gerçekleştirebilmesi ve anakartla iyi uyumluluğa sahip olmasıdır.

Ancak ambalaj alanı ve kalınlığı nispeten büyük olduğundan ve takma ve çıkarma işlemi sırasında pimler kolayca hasar görebildiğinden güvenilirliği zayıftır. Aynı zamanda sürecin etkisiyle pin sayısı genel olarak 100'ü geçmemektedir. Bu nedenle elektronik endüstrisinin yüksek entegrasyon sürecinde DIP ambalajlar yavaş yavaş tarih sahnesinden çekilmiştir.

2. Transistör Anahat Paketi (TO)

TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 vb. gibi ilk paketleme spesifikasyonlarının tümü takılabilir paketleme tasarımlarıdır.

TO-3P/247: Orta-yüksek gerilim ve yüksek akım MOSFET'leri için yaygın olarak kullanılan bir paketleme şeklidir. Ürün, yüksek dayanım voltajı ve güçlü arıza direnci özelliklerine sahiptir.

TO-220/220F: TO-220F tamamen plastik bir pakettir ve radyatöre monte edilirken yalıtım yastığı eklenmesine gerek yoktur; TO-220'nin orta pimine bağlı bir metal levha vardır ve radyatörü monte ederken bir yalıtım yastığı gereklidir. Bu iki paket stilinin MOSFET'leri benzer görünümlere sahiptir ve birbirlerinin yerine kullanılabilir.

TO-251: Bu paketlenmiş ürün esas olarak maliyetleri düşürmek ve ürün boyutunu küçültmek için kullanılır. Esas olarak 60A'in altında orta gerilim ve yüksek akımın, 7N'nin altında yüksek gerilimin olduğu ortamlarda kullanılır.

TO-92: Bu paket, maliyetleri azaltmak amacıyla yalnızca düşük voltajlı MOSFET (10A'nın altındaki akım, 60V'un altındaki gerilime dayanma) ve yüksek voltaj 1N60/65 için kullanılır.

Son yıllarda, geçmeli paketleme işleminin kaynak maliyetinin yüksek olması ve yama tipi ürünlere göre daha düşük ısı dağıtma performansı nedeniyle yüzeye montaj pazarındaki talep artmaya devam etti ve bu da TO paketlemenin geliştirilmesine yol açtı. yüzeye monte ambalaja koyun.

TO-252 (D-PAK olarak da bilinir) ve TO-263 (D2PAK) yüzeye monte paketlerdir.

Ürün görünümünü paketlemek için

TO252/D-PAK, güç transistörlerini ve voltaj dengeleyici çipleri paketlemek için yaygın olarak kullanılan plastik bir çip paketidir. Mevcut ana paketlerden biridir. Bu paketleme yöntemini kullanan MOSFET'in üç elektrodu vardır; kapı (G), drenaj (D) ve kaynak (S). Boşaltma (D) pimi kesilmiştir ve kullanılmamaktadır. Bunun yerine, doğrudan PCB'ye kaynaklanmış olan arka taraftaki ısı emici drenaj (D) olarak kullanılır. Bir yandan büyük akımlar çıkarmak için kullanılırken diğer yandan ısıyı PCB üzerinden dağıtır. Bu nedenle PCB üzerinde üç adet D-PAK pedi bulunmaktadır ve drenaj (D) pedi daha büyüktür. Ambalaj özellikleri aşağıdaki gibidir:

TO-252/D-PAK paket boyutu özellikleri

TO-263, TO-220'nin bir çeşididir. Esas olarak üretim verimliliğini ve ısı dağılımını artırmak için tasarlanmıştır. Son derece yüksek akım ve voltajı destekler. 150A'nın altındaki ve 30V'un üzerindeki orta gerilim yüksek akım MOSFET'lerinde daha yaygındır. D2PAK'a (TO-263AB) ek olarak, esas olarak pinlerin farklı sayısı ve mesafesi nedeniyle TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 ve TO-263'e bağlı diğer stilleri de içerir. .

TO-263/D2PAK paket boyutu spesifikasyonus

3. Pin ızgara dizisi paketi (PGA)

PGA (Pin Grid Array Package) çipinin içinde ve dışında birden fazla kare dizi pini vardır. Her kare dizili pin, çipin etrafında belirli bir mesafede düzenlenmiştir. Pim sayısına bağlı olarak 2 ila 5 daire şeklinde oluşturulabilir. Kurulum sırasında çipi özel PGA soketine takmanız yeterlidir. Kolay takma ve çıkarma ve yüksek güvenilirlik avantajlarına sahiptir ve daha yüksek frekanslara uyum sağlayabilir.

PGA paket stili

Çip alt katmanlarının çoğu seramik malzemeden yapılmıştır ve bazıları alt katman olarak özel plastik reçine kullanır. Teknoloji açısından, pin merkez mesafesi genellikle 2,54 mm'dir ve pin sayısı 64 ile 447 arasında değişmektedir. Bu tür paketlemenin özelliği, paketleme alanı (hacim) ne kadar küçük olursa, güç tüketiminin (performans) o kadar düşük olmasıdır. ) dayanabilir ve bunun tersi de geçerlidir. Bu çip paketleme tarzı ilk günlerde daha yaygındı ve çoğunlukla CPU gibi yüksek güç tüketen ürünlerin paketlenmesinde kullanılıyordu. Örneğin Intel'in 80486 ve Pentium'unun tümü bu paketleme stilini kullanıyor; MOSFET üreticileri tarafından yaygın olarak benimsenmemektedir.

4. Küçük Anahat Transistör Paketi (SOT)

SOT (Küçük Çıkışlı Transistör), esas olarak SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (yani SOT23-5), vb. içeren yama tipi küçük güç transistör paketidir. SOT323, SOT363/SOT26 (yani SOT23-6) ve diğer türler TO paketlerinden daha küçük boyutta olan türetilmiş.

SOT paket türü

SOT23, bileşenin uzun kenarının her iki yanında listelenen kolektör, emitör ve taban olmak üzere kanat şeklinde üç pime sahip, yaygın olarak kullanılan bir transistör paketidir. Bunlar arasında verici ve taban aynı taraftadır. Düşük güçlü transistörlerde, alan etkili transistörlerde ve direnç ağlarına sahip kompozit transistörlerde yaygındırlar. Dayanımları iyidir ancak lehimlenebilirlikleri zayıftır. Görünüm aşağıdaki Şekil (a)'da gösterilmektedir.

SOT89'da transistörün bir tarafına dağıtılmış üç kısa pin bulunur. Diğer tarafta ise ısı dağıtma kapasitesini artırmak için tabana bağlanan metal bir soğutucu bulunur. Silikon güç yüzeye monte transistörlerde yaygındır ve daha yüksek güç uygulamaları için uygundur. Görünüm aşağıdaki Şekil (b)'de gösterilmektedir.

SOT143, her iki taraftan dışarı çıkan dört adet kısa kanat şeklinde pime sahiptir. Pimin daha geniş ucu toplayıcıdır. Bu tip paket yüksek frekanslı transistörlerde yaygındır ve görünümü aşağıdaki Şekil (c)'de gösterilmektedir.

SOT252, bir taraftan çıkan üç pimli, orta pimi daha kısa olan ve toplayıcı olan yüksek güçlü bir transistördür. Isı dağıtımı için bakır levha olan diğer uçtaki daha büyük pime bağlayın ve görünümü aşağıdaki Şekil (d)'de gösterildiği gibidir.

Ortak SOT paketi görünüm karşılaştırması

Dört terminalli SOT-89 MOSFET anakartlarda yaygın olarak kullanılır. Özellikleri ve boyutları aşağıdaki gibidir:

SOT-89 MOSFET boyut özellikleri (birim: mm)

5. Küçük Taslak Paketi (SOP)

SOP (Küçük Out-Line Paketi), SOL veya DFP olarak da adlandırılan yüzeye montaj paketlerinden biridir. Pimler paketin her iki yanından martı kanadı şeklinde (L şeklinde) çekilir. Malzemeler plastik ve seramiktir. SOP paketleme standartları SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 vb.'yi içerir. SOP'tan sonraki sayı pin sayısını gösterir. MOSFET SOP paketlerinin çoğu SOP-8 spesifikasyonlarını benimser. Endüstri genellikle "P"yi atlar ve onu SO (Small Out-Line) olarak kısaltır.

SOP-8 paket boyutu

SO-8 ilk olarak PHILIP Şirketi tarafından geliştirildi. Plastikle paketlenmiştir, ısı dağıtma alt plakası yoktur ve ısı yayılımı zayıftır. Genellikle düşük güçlü MOSFET'ler için kullanılır. Daha sonra TSOP (İnce Küçük Taslak Paket), VSOP (Çok Küçük Taslak Paket), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (İnce Shrink SOP), vb. gibi standart spesifikasyonlar yavaş yavaş türetildi; Bunlar arasında TSOP ve TSSOP, MOSFET ambalajında yaygın olarak kullanılmaktadır.

MOSFET'ler için yaygın olarak kullanılan SOP'tan türetilmiş spesifikasyonlar

MOSFET'ler için yaygın olarak kullanılan SOP'dan türetilmiş spesifikasyonlar

6. Dörtlü Düz Paket (QFP)

QFP (Plastik Dörtlü Düz Paket) paketindeki çip pinleri arasındaki mesafe çok küçük ve pinler çok incedir. Genellikle büyük ölçekli veya ultra büyük entegre devrelerde kullanılır ve pin sayısı genellikle 100'den fazladır. Bu formda paketlenen çiplerin, çipi anakarta lehimlemek için SMT yüzey montaj teknolojisini kullanması gerekir. Bu paketleme yönteminin dört ana özelliği vardır: ① PCB devre kartlarına kablo döşemek için SMD yüzey montaj teknolojisine uygundur; ② Yüksek frekanslı kullanıma uygundur; ③ Kullanımı kolaydır ve güvenilirliği yüksektir; ④ Çip alanı ile paketleme alanı arasındaki oran küçüktür. PGA paketleme yöntemi gibi bu paketleme yöntemi de çipi plastik bir pakete sarıyor ve çipin zamanında çalışması sırasında ortaya çıkan ısıyı dağıtamıyor. MOSFET performansının gelişimini kısıtlar; ve plastik ambalajın kendisi, yarı iletkenlerin hafif, ince, kısa ve küçük olması yönündeki gelişim şartlarını karşılamayan cihazın boyutunu büyütüyor. Ayrıca bu tip paketleme yöntemi tek çipe dayalı olup, düşük üretim verimliliği ve yüksek paketleme maliyeti sorunlarına sahiptir. Bu nedenle QFP, mikroişlemciler/kapı dizileri gibi dijital mantık LSI devrelerinde kullanım için daha uygundur ve aynı zamanda VTR sinyal işleme ve ses sinyali işleme gibi analog LSI devre ürünlerinin paketlenmesi için de uygundur.

7、Kablosuz dörtlü düz paket (QFN)

QFN (Dörtlü Düz Kurşunsuz paket) paketinin dört tarafında da elektrot kontakları bulunur. Hiçbir kablo olmadığından montaj alanı QFP'den daha küçüktür ve yükseklik QFP'den daha düşüktür. Bunlar arasında, seramik QFN aynı zamanda LCC (Kurşunsuz Çip Taşıyıcıları) olarak da adlandırılır ve cam epoksi reçine baskılı alt tabaka taban malzemesi kullanan düşük maliyetli plastik QFN, plastik LCC, PCLC, P-LCC vb. olarak adlandırılır. Yeni ortaya çıkan bir yüzeye monte çip ambalajıdır. Küçük ped boyutlu, küçük hacimli ve sızdırmazlık malzemesi olarak plastik içeren teknoloji. QFN esas olarak entegre devre paketleme için kullanılır ve MOSFET kullanılmayacaktır. Ancak Intel entegre bir sürücü ve MOSFET çözümü önerdiğinden DrMOS'u QFN-56 paketinde başlattı ("56", çipin arkasındaki 56 bağlantı pinini ifade eder).

QFN paketinin, ultra ince küçük taslak paketi (TSSOP) ile aynı harici uç konfigürasyonuna sahip olduğu ancak boyutunun TSSOP'tan %62 daha küçük olduğu unutulmamalıdır. QFN modelleme verilerine göre termal performansı TSSOP ambalajına göre %55, elektriksel performansı (endüktans ve kapasitans) TSSOP ambalajına göre sırasıyla %60 ve %30 daha yüksektir. En büyük dezavantajı tamirinin zor olmasıdır.

QFN-56 paketinde DrMOS

Geleneksel ayrık DC/DC kademeli anahtarlamalı güç kaynakları, daha yüksek güç yoğunluğu gereksinimlerini karşılayamaz ve yüksek anahtarlama frekanslarında parazit parametre etkileri sorununu çözemez. Teknolojinin yeniliği ve ilerlemesiyle birlikte, çok çipli modüller oluşturmak için sürücüleri ve MOSFET'leri entegre etmek bir gerçeklik haline geldi. Bu entegrasyon yöntemi önemli ölçüde yerden tasarruf sağlayabilir ve güç tüketimi yoğunluğunu artırabilir. Sürücülerin ve MOSFET'lerin optimizasyonu sayesinde bu gerçeğe dönüştü. Güç verimliliği ve yüksek kaliteli DC akımı, bu DrMOS entegre sürücü IC'sidir.

Renesas 2. nesil DrMOS

QFN-56 kurşunsuz paketi DrMOS termal empedansını çok düşük hale getirir; dahili kablo bağlantısı ve bakır klips tasarımıyla harici PCB kablolaması en aza indirilebilir, böylece endüktans ve direnç azaltılabilir. Ek olarak, kullanılan derin kanal silikon MOSFET işlemi aynı zamanda iletim, anahtarlama ve geçit yük kayıplarını da önemli ölçüde azaltabilir; çeşitli kontrolörlerle uyumludur, farklı çalışma modlarına ulaşabilir ve aktif faz dönüşüm modu APS'yi (Otomatik Faz Değiştirme) destekler. QFN paketlemeye ek olarak çift taraflı düz kurşunsuz paketleme (DFN), ON Semiconductor'ın çeşitli bileşenlerinde yaygın olarak kullanılan yeni bir elektronik paketleme işlemidir. QFN ile karşılaştırıldığında, DFN'nin her iki tarafında daha az çıkış elektrotu vardır.

8、Plastik Kurşunlu Talaş Taşıyıcı (PLCC)

PLCC (Plastik Dörtlü Düz Paket) kare şeklindedir ve DIP paketinden çok daha küçüktür. Her tarafında pin bulunan 32 pin vardır. Pimler paketin dört yanından T şeklinde dışarı çıkar. Plastik bir üründür. Pim merkez mesafesi 1,27 mm'dir ve pim sayısı 18 ila 84 arasında değişmektedir. J şeklindeki pimler kolayca deforme olmaz ve kullanımı QFP'ye göre daha kolaydır, ancak kaynak sonrası görünüm kontrolü daha zordur. PLCC ambalajı, SMT yüzey montaj teknolojisini kullanarak PCB'ye kablo döşemek için uygundur. Küçük boyut ve yüksek güvenilirlik avantajlarına sahiptir. PLCC paketlemesi nispeten yaygındır ve mantık LSI, DLD (veya program mantık cihazı) ve diğer devrelerde kullanılır. Bu paketleme formu genellikle anakart BIOS'unda kullanılır, ancak şu anda MOSFET'lerde daha az yaygındır.

Ana akım işletmeler için kapsülleme ve iyileştirme

CPU'larda düşük voltaj ve yüksek akımın gelişme eğilimi nedeniyle, MOSFET'lerin büyük çıkış akımına, düşük direnç, düşük ısı üretimi, hızlı ısı dağıtımı ve küçük boyuta sahip olması gerekmektedir. MOSFET üreticileri, çip üretim teknolojisini ve süreçlerini iyileştirmenin yanı sıra paketleme teknolojisini de geliştirmeye devam ediyor. Standart görünüm spesifikasyonlarına uygunluğu esas alarak yeni ambalaj şekilleri önerirler ve geliştirdikleri yeni ambalajlar için marka isimlerini tescil ettirirler.

1、RENESAS WPAK, LFPAK ve LFPAK-I paketleri

WPAK, Renesas tarafından geliştirilen yüksek ısı radyasyon paketidir. D-PAK paketini taklit ederek çip ısı emicisi anakarta kaynaklanmıştır ve ısı anakart üzerinden dağıtılır, böylece küçük WPAK paketi de D-PAK'ın çıkış akımına ulaşabilir. WPAK-D2, kablo endüktansını azaltmak için iki yüksek/düşük MOSFET'i bir araya getirir.

Renesas WPAK paket boyutu

LFPAK ve LFPAK-I, Renesas tarafından geliştirilen ve SO-8 ile uyumlu diğer iki küçük form faktörlü pakettir. LFPAK, D-PAK'a benzer ancak D-PAK'tan daha küçüktür. LFPAK-i, ısıyı ısı emiciden dağıtmak için ısı emiciyi yukarı doğru yerleştirir.

Renesas LFPAK ve LFPAK-I paketleri

2. Vishay Power-PAK ve Polar-PAK ambalajı

Power-PAK, Vishay Corporation tarafından kaydedilen MOSFET paket adıdır. Power-PAK iki spesifikasyon içerir: Power-PAK1212-8 ve Power-PAK SO-8.

Vishay Power-PAK1212-8 paketi

Vishay Power-PAK SO-8 paketi

Polar PAK, çift taraflı ısı dağıtımına sahip küçük bir pakettir ve Vishay'ın temel paketleme teknolojilerinden biridir. Polar PAK sıradan so-8 paketiyle aynıdır. Paketin hem üst hem de alt tarafında dağıtım noktaları vardır. Paketin içinde ısı biriktirmek kolay değildir ve çalışma akımının akım yoğunluğunu SO-8'in iki katına kadar artırabilir. Şu anda Vishay, Polar PAK teknolojisinin lisansını STMicroelectronics'e vermiştir.

Vishay Polar PAK paketi

3. Onsemi SO-8 ve WDFN8 düz kurşun paketleri

ON Semiconductor, aralarında SO-8 uyumlu düz uçlu olanların birçok kart tarafından kullanıldığı iki tip düz uçlu MOSFET geliştirmiştir. ON Semiconductor'ın yeni piyasaya sürülen NVMx ve NVTx güç MOSFET'leri, iletim kayıplarını en aza indirmek için kompakt DFN5 (SO-8FL) ve WDFN8 paketlerini kullanır. Ayrıca sürücü kayıplarını en aza indirmek için düşük QG ve kapasitans özelliğine sahiptir.

ON Yarı İletken SO-8 Düz Kurşun Paketi

ON Yarı İletken WDFN8 paketi

4. NXP LFPAK ve QLPAK ambalajı

NXP (eski adıyla Philps), SO-8 paketleme teknolojisini LFPAK ve QLPAK'a dönüştürdü. Bunlar arasında LFPAK dünyadaki en güvenilir güç SO-8 paketi olarak kabul ediliyor; QLPAK ise küçük boyut ve daha yüksek ısı dağıtma verimliliği özelliklerine sahiptir. Sıradan SO-8 ile karşılaştırıldığında QLPAK, 6*5 mm'lik bir PCB kartı alanı kaplar ve 1,5k/W termal dirence sahiptir.

NXP LFPAK paketi

NXP QLPAK ambalajı

4. ST Yarı İletken PowerSO-8 paketi

STMicroelectronics'in güçlü MOSFET çip paketleme teknolojileri arasında SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK vb. yer alır. Bunların arasında Power SO-8, SO-8'in geliştirilmiş bir versiyonudur. Ayrıca PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 ve diğer paketler de bulunmaktadır.

STMicroelectronics Güç SO-8 paketi

5. Fairchild Semiconductor Power 56 paketi

Power 56, Farichild'in özel adıdır ve resmi adı DFN5×6'dır. Paketleme alanı, yaygın olarak kullanılan TSOP-8 ile karşılaştırılabilir düzeydedir ve ince paket, bileşen boşluk yüksekliğinden tasarruf sağlar ve alt kısımdaki Termal Ped tasarımı, termal direnci azaltır. Bu nedenle birçok güç cihazı üreticisi DFN5×6'yı kullanmıştır.

Fairchild Power 56 paketi

6. Uluslararası Doğrultucu (IR) Doğrudan FET paketi

Doğrudan FET, SO-8 veya daha küçük bir alanda verimli üst soğutma sağlar ve bilgisayarlar, dizüstü bilgisayarlar, telekomünikasyon ve tüketici elektroniği ekipmanlarındaki AC-DC ve DC-DC güç dönüştürme uygulamaları için uygundur. DirectFET'in metal kutu yapısı, çift taraflı ısı dağılımı sağlayarak, standart plastik ayrık paketlere kıyasla yüksek frekanslı DC-DC dönüştürücülerin mevcut işleme yeteneklerini etkili bir şekilde iki katına çıkarır. Doğrudan FET paketi, drenaj (D) ısı emicisinin yukarı baktığı ve ısının içinden dağıtıldığı metal bir kabuk ile kaplandığı, ters monte edilmiş bir türdür. Doğrudan FET paketleme, ısı dağılımını büyük ölçüde artırır ve iyi ısı dağılımı ile daha az yer kaplar.

Özetle

Gelecekte, elektronik imalat endüstrisi ultra incelik, minyatürleştirme, alçak gerilim ve yüksek akım yönünde gelişmeye devam ettikçe, MOSFET'in görünümü ve iç ambalaj yapısı da imalat sektörünün geliştirme ihtiyaçlarına daha iyi uyum sağlamak üzere değişecektir. endüstri. Ayrıca elektronik üreticileri için seçim eşiğini düşürmek amacıyla MOSFET'in modülerleştirme ve sistem düzeyinde paketleme yönündeki gelişme eğilimi giderek daha belirgin hale gelecek ve ürünler performans ve maliyet gibi birçok boyuttan koordineli bir şekilde geliştirilecektir. . Paket, MOSFET seçiminde önemli referans faktörlerinden biridir. Farklı elektronik ürünlerin farklı elektrik gereksinimleri vardır ve farklı kurulum ortamları da aynı boyut spesifikasyonlarının karşılanmasını gerektirir. Gerçek seçimde genel prensip çerçevesinde gerçek ihtiyaçlara göre karar verilmelidir. Bazı elektronik sistemler PCB'nin boyutu ve iç yüksekliği ile sınırlıdır. Örneğin, iletişim sistemlerinin modül güç kaynakları, yükseklik kısıtlamaları nedeniyle genellikle DFN5*6 ve DFN3*3 paketlerini kullanır; Bazı ACDC güç kaynaklarında, ultra ince tasarımlar veya kabuk sınırlamaları nedeniyle TO220 paket güç MOSFET'lerinin montajı için uygundur. Şu anda, pimler doğrudan TO247 paketlenmiş ürünler için uygun olmayan köke yerleştirilebilir; Bazı ultra ince tasarımlar, cihaz pinlerinin bükülmesini ve düz bir şekilde yerleştirilmesini gerektirir, bu da MOSFET seçiminin karmaşıklığını artıracaktır.

MOSFET nasıl seçilir

Bir keresinde bir mühendis bana MOSFET veri sayfasının ilk sayfasına hiç bakmadığını çünkü "pratik" bilgilerin yalnızca ikinci sayfada ve sonrasında göründüğünü söylemişti. MOSFET veri sayfasındaki hemen hemen her sayfa, tasarımcılar için değerli bilgiler içerir. Ancak üreticiler tarafından sağlanan verilerin nasıl yorumlanacağı her zaman açık değildir.

Bu makale MOSFET'lerin bazı temel özelliklerini, bunların veri sayfasında nasıl belirtildiğini ve bunları anlamanız için gereken net resmi özetlemektedir. Çoğu elektronik cihaz gibi MOSFET'ler de çalışma sıcaklığından etkilenir. Bu nedenle söz konusu göstergelerin uygulandığı test koşullarını anlamak önemlidir. "Ürün Tanıtımı" bölümünde gördüğünüz göstergelerin "maksimum" veya "tipik" değerler olup olmadığını anlamak da çok önemlidir, çünkü bazı veri sayfaları bunu açıkça belirtmemektedir.

Gerilim derecesi

Bir MOSFET'i belirleyen birincil karakteristik, onun drenaj kaynağı voltajı VDS veya "boşaltma kaynağı arıza voltajı"dır; bu, kapı kaynağa ve drenaj akımına kısa devre yapıldığında MOSFET'in hasar görmeden dayanabileceği en yüksek voltajdır. 250μA'dır. . VDS aynı zamanda "25°C'de mutlak maksimum voltaj" olarak da adlandırılır, ancak bu mutlak voltajın sıcaklığa bağlı olduğunu ve veri sayfasında genellikle bir "VDS sıcaklık katsayısı" bulunduğunu unutmamak önemlidir. Ayrıca maksimum VDS'nin DC voltajı artı devrede bulunabilecek voltaj yükselmeleri ve dalgalanmaları olduğunu da anlamalısınız. Örneğin, 30V'luk bir güç kaynağında 100mV, 5ns'lik bir artışa sahip 30V'luk bir cihaz kullanırsanız, voltaj cihazın mutlak maksimum sınırını aşacaktır ve cihaz çığ moduna girebilir. Bu durumda MOSFET'in güvenilirliği garanti edilemez. Yüksek sıcaklıklarda sıcaklık katsayısı arıza voltajını önemli ölçüde değiştirebilir. Örneğin, 600V voltaj değerine sahip bazı N-kanallı MOSFET'lerin pozitif sıcaklık katsayısı vardır. Maksimum bağlantı sıcaklıklarına yaklaştıkça sıcaklık katsayısı bu MOSFET'lerin 650V MOSFET'ler gibi davranmasına neden olur. Birçok MOSFET kullanıcısının tasarım kuralı, %10 ile %20 arasında bir değer kaybı faktörü gerektirir. Bazı tasarımlarda, gerçek arıza voltajının 25°C'deki nominal değerden %5 ila %10 daha yüksek olduğu göz önüne alındığında, gerçek tasarıma karşılık gelen bir faydalı tasarım marjı eklenecektir ve bu da tasarıma çok faydalıdır. MOSFET'lerin doğru seçimi için aynı derecede önemli olan, iletim işlemi sırasında kapı kaynağı voltajı VGS'nin rolünü anlamaktır. Bu voltaj, belirli bir maksimum RDS(açık) koşulu altında MOSFET'in tam iletimini sağlayan voltajdır. Bu nedenle açma direnci her zaman VGS seviyesiyle ilişkilidir ve cihaz ancak bu voltajda açılabilir. Tasarımın önemli bir sonucu, MOSFET'i, RDS(açık) derecesini elde etmek için kullanılan minimum VGS'den daha düşük bir voltajla tamamen açamayacağınızdır. Örneğin bir MOSFET'i 3.3V mikrodenetleyici ile tam olarak çalıştırmak için MOSFET'i VGS=2.5V veya daha düşük bir değerde açabilmeniz gerekir.

Direniş, kapı hücumu ve "liyakat figürü"

Bir MOSFET'in açık direnci her zaman bir veya daha fazla kapıdan kaynağa gerilimde belirlenir. Maksimum RDS(açık) sınırı tipik değerden %20 ila %50 daha yüksek olabilir. Maksimum RDS(açık) sınırı genellikle 25°C bağlantı sıcaklığındaki değeri ifade eder. Daha yüksek sıcaklıklarda RDS(on), Şekil 1'de gösterildiği gibi %30 ila %150 arasında artabilir. RDS(on) sıcaklıkla değiştiğinden ve minimum direnç değeri garanti edilemediğinden, RDS(on)'a göre akımın tespiti mümkün değildir. çok doğru bir yöntem.

RDS(açık), maksimum çalışma sıcaklığının %30 ila %150'si aralığında sıcaklıkla artar

Şekil 1 RDS(açık), maksimum çalışma sıcaklığının %30 ila %150'si aralığında sıcaklıkla birlikte artar

Açık direnç hem N-kanal hem de P-kanal MOSFET'ler için çok önemlidir. Güç kaynaklarının değiştirilmesinde Qg, güç kaynaklarının değiştirilmesinde kullanılan N-kanallı MOSFET'ler için önemli bir seçim kriteridir çünkü Qg, anahtarlama kayıplarını etkiler. Bu kayıpların iki etkisi vardır: Biri MOSFET'in açılıp kapanmasını etkileyen anahtarlama süresidir; diğeri ise her anahtarlama işlemi sırasında kapı kapasitansını şarj etmek için gereken enerjidir. Akılda tutulması gereken bir nokta, daha düşük bir Vgs kullanılması anahtarlama kayıplarını azaltsa bile, Qg'nin geçit kaynağı voltajına bağlı olmasıdır. Anahtarlama uygulamalarında kullanılması amaçlanan MOSFET'leri karşılaştırmanın hızlı bir yolu olarak tasarımcılar genellikle iletim kayıpları için RDS(on) ve anahtarlama kayıpları için Qg'den oluşan tek bir formül kullanır: RDS(on)xQg. Bu "liyakat rakamı" (FOM), cihazın performansını özetler ve MOSFET'lerin tipik veya maksimum değerler açısından karşılaştırılmasına olanak tanır. Cihazlar arasında doğru bir karşılaştırma sağlamak amacıyla, RDS(on) ve Qg için aynı VGS'nin kullanıldığından ve yayında tipik ve maksimum değerlerin birbirine karıştırılmadığından emin olmanız gerekir. Daha düşük FOM, uygulamalar arasında geçiş yaparken size daha iyi performans sağlayacaktır, ancak bu garanti edilmez. En iyi karşılaştırma sonuçları yalnızca gerçek bir devrede elde edilebilir ve bazı durumlarda devrenin her bir MOSFET için ince ayar yapılması gerekebilir. Farklı test koşullarına bağlı olarak nominal akım ve güç dağılımı, çoğu MOSFET'in veri sayfasında bir veya daha fazla sürekli drenaj akımı bulunur. Derecelendirmenin belirtilen kasa sıcaklığında mı (örn. TC=25°C) yoksa ortam sıcaklığında mı (örn. TA=25°C) olduğunu anlamak için veri sayfasına dikkatlice bakmak isteyeceksiniz. Bu değerlerden hangisinin en uygun olduğu, cihazın özelliklerine ve uygulamaya bağlı olacaktır (bkz. Şekil 2).

Şekil 2 Tüm mutlak maksimum akım ve güç değerleri gerçek verilerdir

El tipi cihazlarda kullanılan küçük yüzeye monte cihazlar için en uygun akım seviyesi, 70°C ortam sıcaklığındaki seviye olabilir. Isı emicili ve basınçlı hava soğutmalı büyük ekipmanlar için TA=25°C'deki mevcut seviye gerçek duruma daha yakın olabilir. Bazı cihazlar için kalıp, maksimum bağlantı sıcaklığında paket sınırlarından daha fazla akımı kaldırabilir. Bazı veri sayfalarında, bu "kalıpla sınırlı" akım seviyesi, "paketle sınırlı" akım seviyesine ek bilgidir ve size kalıbın sağlamlığı hakkında bir fikir verebilir. Benzer hususlar, yalnızca sıcaklığa değil aynı zamanda çalışma süresine de bağlı olan sürekli güç dağıtımı için de geçerlidir. TA=70°C'de 10 saniye boyunca PD=4W'ta sürekli çalışan bir cihaz düşünün. "Sürekli" bir zaman periyodunun nelerden oluştuğu MOSFET paketine bağlı olarak değişecektir, dolayısıyla 10 saniye, 100 saniye veya 10 dakika sonra güç dağılımının nasıl göründüğünü görmek için veri sayfasındaki normalleştirilmiş termal geçici empedans grafiğini kullanmak isteyeceksiniz. . Şekil 3'te gösterildiği gibi, bu özel cihazın 10 saniyelik bir darbeden sonra termal direnç katsayısı yaklaşık 0,33'tür; bu, paket yaklaşık 10 dakika sonra termal doygunluğa ulaştığında, cihazın ısı dağıtma kapasitesinin 4W yerine yalnızca 1,33W olduğu anlamına gelir. . Her ne kadar cihazın ısı dağıtma kapasitesi iyi soğutma altında yaklaşık 2W'a ulaşabiliyor.

Şekil 3 Güç darbesi uygulandığında MOSFET'in termal direnci

Aslında MOSFET'in nasıl seçileceğini dört adıma ayırabiliriz.

İlk adım: N kanalını veya P kanalını seçin

Tasarımınız için doğru cihazı seçmenin ilk adımı, N-kanallı mı yoksa P-kanallı MOSFET mi kullanacağınıza karar vermektir. Tipik bir güç uygulamasında, bir MOSFET toprağa bağlandığında ve yük de şebeke voltajına bağlandığında, MOSFET düşük taraf anahtarını oluşturur. Düşük taraf anahtarında, cihazı kapatmak veya açmak için gereken voltajın dikkate alınması nedeniyle N-kanallı MOSFET'ler kullanılmalıdır. MOSFET veri yoluna bağlandığında ve yük toprağa bağlandığında yüksek taraf anahtarı kullanılır. Bu topolojide genellikle P-kanallı MOSFET'ler kullanılır, bu da gerilim sürücü hususlarından kaynaklanmaktadır. Uygulamanız için doğru cihazı seçmek amacıyla, cihazı çalıştırmak için gereken voltajı ve bunu yapmanın en kolay yolunu tasarımınızda belirlemelisiniz. Bir sonraki adım, gerekli voltaj değerini veya cihazın dayanabileceği maksimum voltajı belirlemektir. Voltaj değeri ne kadar yüksek olursa, cihazın maliyeti de o kadar yüksek olur. Pratik deneyime göre, nominal gerilim, şebeke geriliminden veya bara geriliminden daha büyük olmalıdır. Bu, MOSFET'in arızalanmaması için yeterli koruma sağlayacaktır. MOSFET seçerken, drenajdan kaynağa kadar tolere edilebilecek maksimum voltajın yani maksimum VDS'nin belirlenmesi gerekir. Bir MOSFET'in sıcaklığa bağlı değişikliklere dayanabileceği maksimum voltajın bilinmesi önemlidir. Tasarımcılar tüm çalışma sıcaklığı aralığı boyunca voltaj değişimlerini test etmelidir. Nominal voltajın, devrenin arızalanmamasını sağlamak için bu değişim aralığını kapsayacak yeterli marja sahip olması gerekir. Tasarım mühendislerinin dikkate alması gereken diğer güvenlik faktörleri arasında, motorlar veya transformatörler gibi anahtarlama elektroniklerinin neden olduğu geçici gerilimler yer alır. Nominal gerilimler farklı uygulamalara göre değişir; tipik olarak taşınabilir cihazlar için 20V, FPGA güç kaynakları için 20-30V ve 85-220VAC uygulamaları için 450-600V.

Adım 2: Nominal akımı belirleyin

İkinci adım MOSFET'in mevcut derecelendirmesini seçmektir. Devre konfigürasyonuna bağlı olarak bu nominal akım, yükün her koşulda dayanabileceği maksimum akım olmalıdır. Gerilim durumuna benzer şekilde tasarımcı, seçilen MOSFET'in sistem akım ani artışları oluştursa bile bu akım değerine dayanabileceğinden emin olmalıdır. Dikkate alınan iki akım koşulu sürekli mod ve ani darbedir. Sürekli iletim modunda MOSFET, akımın cihazdan sürekli olarak aktığı kararlı bir durumdadır. Darbe ani yükselişi, cihazdan akan büyük bir dalgalanmayı (veya ani akım akımını) ifade eder. Bu koşullar altında maksimum akım belirlendikten sonra, bu maksimum akımı kaldırabilecek bir cihazın seçilmesi basit bir meseledir. Nominal akımı seçtikten sonra iletim kaybı da hesaplanmalıdır. Gerçek durumlarda MOSFET ideal bir cihaz değildir çünkü iletim işlemi sırasında iletim kaybı adı verilen elektrik enerjisi kaybı meydana gelir. Bir MOSFET, cihazın RDS(ON) değeri tarafından belirlenen ve sıcaklıkla önemli ölçüde değişen "açık" durumdayken değişken bir direnç gibi davranır. Cihazın güç kaybı Iload2×RDS(ON) ile hesaplanabilmektedir. Açma direnci sıcaklıkla değiştiği için güç kaybı da orantılı olarak değişecektir. MOSFET'e uygulanan VGS voltajı ne kadar yüksek olursa, RDS(ON) o kadar küçük olur; tersine, RDS(ON) o kadar yüksek olacaktır. Sistem tasarımcısı için sistem voltajına bağlı olarak ödünleşimlerin devreye girdiği yer burasıdır. Taşınabilir tasarımlar için daha düşük voltajların kullanılması daha kolaydır (ve daha yaygındır), endüstriyel tasarımlarda ise daha yüksek voltajlar kullanılabilir. RDS(ON) direncinin akımla birlikte biraz artacağını unutmayın. RDS(ON) direncinin çeşitli elektriksel parametrelerindeki değişiklikler, üretici tarafından sağlanan teknik veri sayfasında bulunabilir. Teknolojinin cihaz özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardır çünkü bazı teknolojiler maksimum VDS'yi artırırken RDS(ON)'u da artırma eğilimindedir. Böyle bir teknoloji için VDS ve RDS(ON)'u azaltmayı düşünüyorsanız çip boyutunu artırmanız gerekir, böylece eşleşen paket boyutu ve ilgili geliştirme maliyetleri artar. Sektörde çip boyutundaki artışı kontrol etmeye çalışan çeşitli teknolojiler mevcut olup bunlardan en önemlileri kanal ve şarj dengeleme teknolojileridir. Hendek teknolojisinde, direnç RDS'yi (ON) azaltmak için levhanın içine genellikle düşük voltajlar için ayrılan derin bir hendek gömülür. Maksimum VDS'nin RDS(ON) üzerindeki etkisini azaltmak için geliştirme süreci sırasında bir epitaksiyel büyüme kolonu/aşılama kolonu işlemi kullanıldı. Örneğin, Fairchild Semiconductor, RDS(ON) azaltımı için ek üretim adımları ekleyen SuperFET adı verilen bir teknoloji geliştirmiştir. RDS(ON) üzerindeki bu odaklanma önemlidir çünkü standart bir MOSFET'in arıza voltajı arttıkça RDS(ON) katlanarak artar ve kalıp boyutunda bir artışa yol açar. SuperFET işlemi, RDS(ON) ile levha boyutu arasındaki üstel ilişkiyi doğrusal bir ilişkiye dönüştürür. Bu şekilde SuperFET cihazları, 600V'a kadar arıza gerilimlerinde bile küçük kalıp boyutlarında ideal düşük RDS(ON) değerine ulaşabilir. Sonuç olarak levha boyutu %35'e kadar küçültülebilir. Son kullanıcılar için bu, paket boyutunda önemli bir azalma anlamına gelir.

Üçüncü Adım: Termal Gereksinimleri Belirleyin

MOSFET seçiminde bir sonraki adım sistemin termal gereksinimlerini hesaplamaktır. Tasarımcıların en kötü senaryo ve gerçek dünya senaryosu olmak üzere iki farklı senaryoyu dikkate alması gerekir. En kötü durum hesaplama sonucunun kullanılması tavsiye edilir çünkü bu sonuç daha büyük bir güvenlik marjı sağlar ve sistemin arızalanmamasını sağlar. MOSFET veri sayfasında dikkat edilmesi gereken bazı ölçüm verileri de vardır; paketlenmiş cihazın yarı iletken bağlantı noktası ile ortam arasındaki termal direnç ve maksimum bağlantı sıcaklığı gibi. Cihazın bağlantı sıcaklığı, maksimum ortam sıcaklığı artı termal direnç ve güç dağıtımının çarpımına eşittir (bağlantı sıcaklığı = maksimum ortam sıcaklığı + [termal direnç × güç dağıtımı]). Bu denkleme göre, tanım gereği I2×RDS(ON) değerine eşit olan sistemin maksimum güç kaybı çözülebilir. Tasarımcı cihazdan geçecek maksimum akımı belirlediğinden farklı sıcaklıklarda RDS(ON) hesaplanabilmektedir. Basit termal modellerle uğraşırken tasarımcıların yarı iletken bağlantı/cihaz kasası ve kasa/ortamın termal kapasitesini de dikkate almaları gerektiğini belirtmekte fayda var; bu, baskılı devre kartının ve paketin hemen ısınmamasını gerektirir. Çığ arızası, yarı iletken cihaz üzerindeki ters voltajın maksimum değeri aşarak cihazdaki akımı artırmak için güçlü bir elektrik alanı oluşturması anlamına gelir. Bu akım gücü dağıtacak, cihazın sıcaklığını artıracak ve muhtemelen cihaza zarar verecektir. Yarı iletken şirketleri cihazlar üzerinde çığ testi yapacak, çığ voltajını hesaplayacak veya cihazın sağlamlığını test edecek. Nominal çığ gerilimini hesaplamak için iki yöntem vardır; biri istatistiksel yöntem, diğeri ise termal hesaplamadır. Isıl hesaplama daha pratik olması nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Birçok şirket cihaz testlerinin ayrıntılarını sağladı. Örneğin, Fairchild Semiconductor, "Power MOSFET Avalanche Guidelines" (Power MOSFET Avalanche Guidelines - Fairchild web sitesinden indirilebilir) sağlar. Bilişimin yanı sıra teknolojinin de çığ etkisi üzerinde büyük etkisi vardır. Örneğin, kalıp boyutundaki bir artış çığ direncini artırır ve sonuçta cihazın sağlamlığını artırır. Son kullanıcılar için bu, sistemde daha büyük paketlerin kullanılması anlamına gelir.

4. Adım: Anahtar performansını belirleyin

MOSFET seçiminin son adımı MOSFET'in anahtarlama performansını belirlemektir. Anahtarlama performansını etkileyen birçok parametre vardır ancak en önemlileri geçit/drenaj, geçit/kaynak ve drenaj/kaynak kapasitansıdır. Bu kapasitörler her anahtarlamada şarj oldukları için cihazda anahtarlama kayıpları oluştururlar. Bu nedenle MOSFET'in anahtarlama hızı azalır ve cihazın verimliliği de azalır. Anahtarlama sırasında bir cihazdaki toplam kayıpları hesaplamak için tasarımcının, açma sırasındaki kayıpları (Eon) ve kapatma sırasındaki kayıpları (Eoff) hesaplaması gerekir. MOSFET anahtarının toplam gücü aşağıdaki denklemle ifade edilebilir: Psw=(Eon+Eoff)×anahtarlama frekansı. Geçit ücreti (Qgd), anahtarlama performansı üzerinde en büyük etkiye sahiptir. Anahtarlama performansının öneminden yola çıkarak bu anahtarlama problemini çözmek için sürekli yeni teknolojiler geliştirilmektedir. Çip boyutunun arttırılması geçit yükünü artırır; bu, cihazın boyutunu artırır. Anahtarlama kayıplarını azaltmak için, geçit yükünü azaltmayı amaçlayan kanal kalın taban oksidasyonu gibi yeni teknolojiler ortaya çıkmıştır. Örneğin, yeni teknoloji SuperFET, RDS(ON) ve geçit yükünü (Qg) azaltarak iletim kayıplarını en aza indirebilir ve anahtarlama performansını iyileştirebilir. Bu şekilde MOSFET'ler, anahtarlama sırasında yüksek hızlı voltaj geçici durumları (dv/dt) ve akım geçici durumları (di/dt) ile başa çıkabilir ve hatta daha yüksek anahtarlama frekanslarında bile güvenilir bir şekilde çalışabilir.