功率场效管应用及工艺流程
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MOSFET是一个多么神秘的单词,但精确而言,它仅是几个单词缩写.代表什么呢?它代表着半导体一种工艺,它是”软开关”代表.在我们身边空调,笔记本,iPAD,手机,数码相机,充电器等,都大量应用MOSFET.为节能,作为电子工程师,我们必须要接触电源管理芯片,尤其是功率MOSFET等焦点半导体器体.因此,了解MOSFET的结构,工作原理,电路符号及工艺流程是必需的基本功课.在这里,您会找到想要的检索字眼,在详细的关键参数介绍中,您会重燃对半导体应用的喜爱与热情投入. 引言 MOSFET是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管.以实际应用规格分类,如下:第一类 高压平面MOS,主要有LCD/LET TV PFC,Ballast*HID,Lighiting,应用规格500V/8A,500V/3A,650V/4A;封装T0-220F,TO-252,T-220.第二类,中压沟道MOS,主要有同步MOSFET,Power Inverter,UPS等应用规格200V/50A,75V/85A,55V/110A;封装TO-220, TO-247,TO-263;第三类, 低度沟道MOS,主要有智能手机锂电池保护,主板VRM,NB电池保护.应用规格20V/6A,30V/40A,30V110A.封装SOT23-6,TSSOP8,DFN3X3,DFN5X6.从应用的角度,解析不同规格MOS的参数,制程工艺,从而更贴切于产品的设计,增长可靠度,满足客户的需求. 1.结构 图1是典型平面N与P沟道增强型MOSFET的电路符号,标示三个电极:Gate栅极,Source源极及Drain漏极 图1 为提高开关特性等有不同的结构及工艺构成所谓U-Trench,Planar,SuperJunction等结构 2.工作原理 图2为一个简单增强型N沟道MOSFET工作模型,要在G,S之间加正电压VGS及在D,S之间加正电压VDS,则产生正向工作电流ID.改变VGS的电压可控制工作电流ID. 图2 3.MOSFET关键参数解释 3.1 Maximum Drain-Source Voltage,VDS 最大漏源极电压 3.2 Continuous Drain Current, ID 持续漏极电流 3.3 Drain-Source On-State Resistance, RDS(on) 漏源极导通时的阻抗 3.4 Maximum Gate-Source Voltage, VGS 最大栅源极电压 3.5 Gate Threshold Voltage, VT ,(VTH , VGS(th))栅极阀值电压 3.6 MOSFET Power Losses 场效管功率损耗 3.6.1 PS: Switching Transition Losses 暂态关断损耗 3.6.2 PG: Gate Drive Losses 栅极驱动损耗 3.6.3 PC: Conduction Losses 导通损耗 3.6.4 PL: Drain to Source Leakage Current Losses 漏源极漏电流损耗 3.6.5 PD: Internal Diode Losses 内部二极体损耗 4.MOSFET工艺制程 4.1 MOSFET组装工艺 图3为贴片MOSFET 组装工艺,从第一道工艺晶圆裁剪;第二道工艺支架制作;第三道工艺封胶铆合;第四道工艺对半成品电镀加丝印.一个MOSFET的成品即完成工艺上的描述. 图3 4.2 MOSFET 制作工艺流程(以AD3S29九大步骤为例) 步骤1: Wafer Mount 晶圆装配 步骤2: Wafer Saw 晶圆切割 步骤3: Wafer Clean 晶圆清洁 步骤4: Die Attach 晶片贴附 步骤5: LeadFrame 支架组装 步骤6: Wire Bonding 金线植件 步骤7: Molding塑封 步骤8: Plating 电镀 步骤9: Trim/ Form, FT Laser mark Tape/Reel, Packing 剪脚成形/镭射丝印/卷带包装 5.MOSFET Datasheet 之解读 表-1 6.关键参数演算 6.1 POWER DISSIPATION功率耗散计算 EAS AVALANCHE ENERGY 计算公式如下: EAS = 1/2*L*I*I[V(BR)DSS/(V(BR)DSS-VDD)] = 1/2 *13.9 mH *10 A *10A * [600/(600-50)] =758 mJ EAS=雪崩能量 L=电感值; L为13.9mH I=电感峰值電流; I为10A BVDSS=雪崩击穿电压; VSS为600V VDD=电源电压. VDD为50V 6.2 RDS(ON) Conduction Loss Effection 计算 RDSON 組成 : RSOURCE RCHANNEL RACCUMULATION RJFET REPI RSUBSTRATE 该特性与温度成正比. 图6 6.3 MOSFET Switching Characteristics
图9 Total Gate Charge Qg (t0 - t4) Gate-Source Charge Qgs (t0 –t2) Gate-Drain (“Miller”) Charge Qgd (t2 - t3) 6.4 Switching Time 开关时间 上升时间tr:从VDS 90%降低到10%的 值之时间 下降时间tf:从VDS從 10%的值上升到90%的值之时间 开启延迟时间td(on):VDS 降低到90%的值之时间 关闭延迟时间td(off):VDS值上升到10 %的时间 图10 6.4 Trr / Qrr逆恢复时间/逆电荷量 逆恢复時Trr:二极体順向电流流通后,施加电压逆转,二极体可视为一种电容, 放出累积的电荷量 Qrr 到终止的时间为 Trr, Trr 期间中的二极体为等效短路状态,因而产生大的功率损耗 图11 7.结束语 在此衷心感谢Fairchild公司Dongkook Son, Matthew Hong及LiteonSemi公司Tim Wu 在技术上的全力支持与专业知识辅导. |
