ทำความเข้าใจกับ MOSFET ในบทความเดียว

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม การบริโภค การทหาร และสาขาอื่นๆ และมีตำแหน่งเชิงกลยุทธ์ในระดับสูง ลองมาดูภาพรวมของอุปกรณ์ไฟฟ้าจากภาพ:

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสามารถแบ่งออกเป็นชนิดเต็ม ชนิดกึ่งควบคุม และชนิดที่ไม่สามารถควบคุมได้ ตามระดับการควบคุมสัญญาณวงจร หรือตามคุณสมบัติสัญญาณของวงจรขับเคลื่อนก็สามารถแบ่งได้เป็นประเภทขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้า, ประเภทขับเคลื่อนด้วยกระแส เป็นต้น

การจำแนกประเภท	พิมพ์	อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังเฉพาะ
การควบคุมสัญญาณไฟฟ้า	ประเภทกึ่งควบคุม	เอสซีอาร์
	การควบคุมเต็มรูปแบบ	GTO、GTR、MOSFET、IGBT
	ไม่สามารถควบคุมได้	พาวเวอร์ไดโอด
คุณสมบัติสัญญาณการขับขี่	ประเภทขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้า	IGBT, MOSFET, SITH
คุณสมบัติสัญญาณการขับขี่	ประเภทขับเคลื่อนปัจจุบัน	SCR、GTO、GTR
รูปคลื่นสัญญาณที่มีประสิทธิภาพ	ประเภททริกเกอร์พัลส์	SCR、GTO
รูปคลื่นสัญญาณที่มีประสิทธิภาพ	ประเภทการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์	GTR, MOSFET, IGBT
สถานการณ์ที่อิเล็กตรอนที่มีกระแสไฟฟ้ามีส่วนร่วม	อุปกรณ์ไบโพลาร์	พาวเวอร์ไดโอด、SCR、GTO、GTR、BSIT、BJT
	อุปกรณ์ยูนิโพลาร์	มอสเฟต、นั่ง
	อุปกรณ์คอมโพสิต	MCT, IGBT, SITH และ IGCT

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังต่างๆ มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน เช่น แรงดันไฟฟ้า ความจุกระแส ความสามารถอิมพีแดนซ์ และขนาด ในการใช้งานจริงจำเป็นต้องเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมตามสาขาและความต้องการที่แตกต่างกัน

ลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังต่างๆ

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงด้านวัสดุมาสามชั่วอายุคนนับตั้งแต่แรกเกิด จนถึงขณะนี้ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดแรกที่แสดงโดย Si ยังคงใช้เป็นหลักในด้านอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลัง

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์		แบนด์แกป (อีวี)	จุดหลอมเหลว(K)	แอปพลิเคชันหลัก
วัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่ 1	Ge	1.1	1221	ทรานซิสเตอร์แรงดันต่ำ, ความถี่ต่ำ, กำลังปานกลาง, เครื่องตรวจจับแสง
วัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่ 2	Si	0.7	1687
วัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่ 3	GaAs	1.4	1511	ไมโครเวฟ อุปกรณ์คลื่นมิลลิเมตร อุปกรณ์เปล่งแสง
	ซิซี	3.05	2826	1. อุปกรณ์กำลังสูงที่มีอุณหภูมิสูง ความถี่สูง และทนต่อรังสี 2. ไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงิน เกรด สีม่วง เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
	กาน	3.4	1973
	ไอเอ็น	6.2	2470
	C	5.5	>3800
	สังกะสีโอ	3.37	2248

สรุปคุณลักษณะของอุปกรณ์ไฟฟ้าแบบกึ่งควบคุมและแบบควบคุมเต็มรูปแบบ:

ประเภทอุปกรณ์	เอสซีอาร์	จีทีอาร์	มอสเฟต	ไอจีบีที
ประเภทการควบคุม	ทริกเกอร์ชีพจร	การควบคุมปัจจุบัน	การควบคุมแรงดันไฟฟ้า	ศูนย์ภาพยนตร์
สายปิดตัวเอง	การปิดการแลกเปลี่ยน	อุปกรณ์ปิดตัวเอง	อุปกรณ์ปิดตัวเอง	อุปกรณ์ปิดตัวเอง
ความถี่ในการทำงาน	<1 กิโลเฮิร์ตซ์	<30 กิโลเฮิร์ตซ์	20กิโลเฮิร์ตซ์-เมกะเฮิร์ตซ์	<40 กิโลเฮิร์ตซ์
พลังขับเคลื่อน	เล็ก	ใหญ่	เล็ก	เล็ก
การสูญเสียการสลับ	ใหญ่	ใหญ่	ใหญ่	ใหญ่
การสูญเสียการนำ	เล็ก	เล็ก	ใหญ่	เล็ก
ระดับแรงดันและกระแส	最ตัวใหญ่	ใหญ่	ขั้นต่ำ	มากกว่า
การใช้งานทั่วไป	เครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำความถี่ปานกลาง	ตัวแปลงความถี่ของยูพีเอส	แหล่งจ่ายไฟสลับ	ตัวแปลงความถี่ของยูพีเอส
ราคา	ต่ำสุด	ต่ำกว่า	อยู่ตรงกลาง	ราคาแพงที่สุด
ผลการปรับสื่อกระแสไฟฟ้า	มี	มี	ไม่มี	มี

ทำความรู้จักกับ MOSFET

MOSFET มีอิมพีแดนซ์อินพุตสูง สัญญาณรบกวนต่ำ และเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี มีกระบวนการผลิตที่เรียบง่ายและมีรังสีแรงมาก จึงมักใช้ในวงจรขยายสัญญาณหรือวงจรสวิตชิ่ง

(1) พารามิเตอร์การเลือกหลัก: แรงดันไฟฟ้าของแหล่งระบาย VDS (ทนต่อแรงดันไฟฟ้า), กระแสรั่วไหลอย่างต่อเนื่องของ ID, ความต้านทานต่อ RDS (เปิด) , ความจุอินพุต Ciss (ความจุทางแยก), ปัจจัยด้านคุณภาพ FOM = Ron * Qg ฯลฯ

(2) ตามกระบวนการที่แตกต่างกัน มันถูกแบ่งออกเป็น TrenchMOS: MOSFET ร่องลึก ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในสนามแรงดันไฟฟ้าต่ำภายใน 100V SGT (Split Gate) MOSFET: MOSFET แบบแยกเกต ส่วนใหญ่อยู่ในสนามแรงดันปานกลางและต่ำภายใน 200V; SJ MOSFET: super Junction MOSFET ส่วนใหญ่อยู่ในสนามไฟฟ้าแรงสูง 600-800V;

ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง เช่น วงจรเดรนแบบเปิด เดรนจะเชื่อมต่อกับโหลดที่ยังอยู่ในสภาพสมบูรณ์ ซึ่งเรียกว่าเดรนแบบเปิด ในวงจร open-drain ไม่ว่าโหลดจะเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าสูงเพียงใด ก็สามารถเปิดและปิดกระแสโหลดได้ เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งแบบอะนาล็อกในอุดมคติ นี่คือหลักการของ MOSFET ที่เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่ง

ในแง่ของส่วนแบ่งการตลาด MOSFET เกือบทั้งหมดกระจุกตัวอยู่ในมือของผู้ผลิตรายใหญ่ระดับนานาชาติ หนึ่งในนั้น Infineon ได้เข้าซื้อกิจการ IR (American International Rectifier Company) ในปี 2558 และกลายเป็นผู้นำในอุตสาหกรรม ON Semiconductor ยังเสร็จสิ้นการเข้าซื้อกิจการ Fairchild Semiconductor ในเดือนกันยายน 2559 ส่วนแบ่งการตลาดเพิ่มขึ้นเป็นอันดับสอง จากนั้นอันดับยอดขาย ได้แก่ Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna ฯลฯ ;

แบรนด์ MOSFET กระแสหลักแบ่งออกเป็นหลายซีรีส์: อเมริกา ญี่ปุ่น และเกาหลี

ซีรีส์อเมริกัน: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS ฯลฯ ;

ญี่ปุ่น: Toshiba, Renesas, ROHM ฯลฯ

ซีรีส์เกาหลี: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA

หมวดหมู่แพ็คเกจ MOSFET

ตามวิธีการติดตั้งบนบอร์ด PCB มีแพ็คเกจ MOSFET อยู่สองประเภทหลัก: ปลั๊กอิน (Through Hole) และการติดตั้งบนพื้นผิว (Surface Mount)

ประเภทปลั๊กอินหมายความว่าพินของ MOSFET ผ่านรูยึดของบอร์ด PCB และเชื่อมเข้ากับบอร์ด PCB แพ็คเกจปลั๊กอินทั่วไปประกอบด้วย: แพ็คเกจอินไลน์คู่ (DIP), แพ็คเกจโครงร่างทรานซิสเตอร์ (TO) และแพ็คเกจอาร์เรย์กริดพิน (PGA)

บรรจุภัณฑ์แบบปลั๊กอิน

การติดตั้งบนพื้นผิวคือจุดที่หมุด MOSFET และหน้าแปลนกระจายความร้อนถูกเชื่อมเข้ากับแผ่นอิเล็กโทรดบนพื้นผิวของบอร์ด PCB แพ็คเกจการติดตั้งบนพื้นผิวทั่วไปประกอบด้วย: โครงร่างทรานซิสเตอร์ (D-PAK), ทรานซิสเตอร์โครงร่างขนาดเล็ก (SOT), แพ็คเกจโครงร่างขนาดเล็ก (SOP), แพ็คเกจสี่เหลี่ยมแบน (QFP), ตัวพาชิปตะกั่วแบบพลาสติก (PLCC) ฯลฯ

แพคเกจติดพื้นผิว

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี ปัจจุบันบอร์ด PCB เช่น มาเธอร์บอร์ดและกราฟิกการ์ด ใช้บรรจุภัณฑ์แบบปลั๊กอินโดยตรงน้อยลงเรื่อยๆ และมีการใช้บรรจุภัณฑ์แบบยึดพื้นผิวมากขึ้น

1. แพ็คเกจอินไลน์คู่ (DIP)

แพ็คเกจ DIP มีพินสองแถวและจำเป็นต้องเสียบเข้าไปในซ็อกเก็ตชิปที่มีโครงสร้าง DIP วิธีการได้มาของมันคือ SDIP (Shrink DIP) ซึ่งเป็นแพ็คเกจแบบ double-in-line แบบย่อขนาด ความหนาแน่นของพินสูงกว่า DIP ถึง 6 เท่า

รูปแบบโครงสร้างบรรจุภัณฑ์ DIP ประกอบด้วย: DIP เซรามิกหลายชั้นแบบ dual-in-line, DIP เซรามิกแบบ dual-in-line แบบชั้นเดียว, DIP เฟรมตะกั่ว (รวมถึงประเภทการปิดผนึกแก้วเซรามิก, ประเภทโครงสร้างการห่อหุ้มพลาสติก, การห่อหุ้มแก้วเซรามิกละลายต่ำ ประเภท) ฯลฯ ลักษณะของบรรจุภัณฑ์ DIP คือสามารถรับรู้การเชื่อมผ่านรูของบอร์ด PCB ได้อย่างง่ายดายและมีความเข้ากันได้ดีกับเมนบอร์ด

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพื้นที่และความหนาของบรรจุภัณฑ์มีขนาดค่อนข้างใหญ่ และหมุดได้รับความเสียหายได้ง่ายในระหว่างกระบวนการเสียบและถอดปลั๊ก ความน่าเชื่อถือจึงไม่ดี ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากอิทธิพลของกระบวนการ จำนวนพินโดยทั่วไปจึงไม่เกิน 100 ดังนั้นในกระบวนการบูรณาการสูงของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ บรรจุภัณฑ์ DIP จึงค่อยๆ ถอนตัวออกจากขั้นตอนของประวัติศาสตร์

2. แพ็คเกจโครงร่างทรานซิสเตอร์ (TO)

ข้อมูลจำเพาะของบรรจุภัณฑ์ในช่วงแรก เช่น TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 ฯลฯ ล้วนเป็นการออกแบบบรรจุภัณฑ์แบบเสียบปลั๊ก

TO-3P/247: เป็นรูปแบบบรรจุภัณฑ์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ MOSFET แรงดันปานกลาง-สูง และกระแสสูง ผลิตภัณฑ์มีลักษณะทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงและทนต่อการพังทลายที่แข็งแกร่ง

TO-220/220F: TO-220F เป็นบรรจุภัณฑ์พลาสติกทั้งชิ้น และไม่จำเป็นต้องเพิ่มแผ่นฉนวนเมื่อติดตั้งบนหม้อน้ำ TO-220 มีแผ่นโลหะเชื่อมต่อกับพินกลางและต้องใช้แผ่นฉนวนเมื่อติดตั้งหม้อน้ำ MOSFET ของแพ็คเกจทั้งสองสไตล์มีลักษณะคล้ายกันและสามารถใช้สลับกันได้

TO-251: ผลิตภัณฑ์บรรจุภัณฑ์นี้ใช้เพื่อลดต้นทุนและลดขนาดผลิตภัณฑ์เป็นหลัก ส่วนใหญ่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันไฟฟ้าปานกลางและกระแสสูงต่ำกว่า 60A และแรงดันไฟฟ้าสูงต่ำกว่า 7N

TO-92: แพ็คเกจนี้ใช้สำหรับ MOSFET แรงดันต่ำเท่านั้น (กระแสต่ำกว่า 10A, ทนแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 60V) และแรงดันสูง 1N60/65 เพื่อลดต้นทุน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากต้นทุนการเชื่อมที่สูงของกระบวนการบรรจุภัณฑ์แบบเสียบปลั๊กและประสิทธิภาพการกระจายความร้อนที่ต่ำกว่าสำหรับผลิตภัณฑ์ประเภทแพทช์ ความต้องการในตลาดการยึดพื้นผิวจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาบรรจุภัณฑ์ TO ด้วย ลงในบรรจุภัณฑ์แบบยึดพื้นผิว

TO-252 (หรือที่เรียกว่า D-PAK) และ TO-263 (D2PAK) เป็นแพ็คเกจแบบยึดพื้นผิวทั้งคู่

เพื่อบรรจุภัณฑ์ลักษณะที่ปรากฏของผลิตภัณฑ์

TO252/D-PAK เป็นแพ็คเกจชิปพลาสติก ซึ่งมักใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์ทรานซิสเตอร์กำลังและชิปปรับแรงดันไฟฟ้า มันเป็นหนึ่งในแพ็คเกจหลักในปัจจุบัน MOSFET ที่ใช้วิธีการบรรจุหีบห่อนี้มีอิเล็กโทรดสามอิเล็กโทรด เกต (G) เดรน (D) และแหล่งกำเนิด (S) หมุดเดรน (D) ถูกตัดออกและไม่ได้ใช้งาน แต่จะใช้แผงระบายความร้อนที่ด้านหลังเป็นท่อระบาย (D) ซึ่งเชื่อมเข้ากับ PCB โดยตรง ในอีกด้านหนึ่ง มันถูกใช้เพื่อส่งออกกระแสขนาดใหญ่ และในทางกลับกัน มันถูกกระจายความร้อนผ่าน PCB ดังนั้นจึงมีแผ่น D-PAK สามแผ่นบน PCB และแผ่นเดรน (D) มีขนาดใหญ่กว่า ข้อกำหนดบรรจุภัณฑ์มีดังนี้:

สเปคขนาดบรรจุภัณฑ์ TO-252/D-PAK

TO-263 เป็นรูปแบบหนึ่งของ TO-220 ออกแบบมาเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและการกระจายความร้อนเป็นหลัก รองรับกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก พบได้ทั่วไปใน MOSFET กระแสสูงแรงดันปานกลางที่ต่ำกว่า 150A และสูงกว่า 30V นอกจาก D2PAK (TO-263AB) แล้ว ยังรวมถึง TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 และรูปแบบอื่น ๆ ที่เป็นรองจาก TO-263 สาเหตุหลักมาจากจำนวนและระยะห่างของพินที่แตกต่างกัน .

สเปคขนาดแพ็คเกจ TO-263/D2PAKs

3. แพ็คเกจอาร์เรย์กริดพิน (PGA)

มีพินอาร์เรย์สี่เหลี่ยมหลายอันทั้งภายในและภายนอกชิป PGA (Pin Grid Array Package) พินอาเรย์สี่เหลี่ยมแต่ละพินจะถูกจัดเรียงไว้ที่ระยะห่างที่แน่นอนรอบๆ ชิป ขึ้นอยู่กับจำนวนพิน สามารถสร้างเป็นวงกลมได้ 2 ถึง 5 วง ระหว่างการติดตั้ง เพียงใส่ชิปเข้าไปในซ็อกเก็ต PGA พิเศษ มีข้อดีคือเสียบและถอดปลั๊กได้ง่าย และมีความน่าเชื่อถือสูง และสามารถปรับให้เข้ากับความถี่ที่สูงขึ้นได้

รูปแบบแพ็คเกจ PGA

พื้นผิวชิปส่วนใหญ่ทำจากวัสดุเซรามิก และบางส่วนใช้เรซินพลาสติกชนิดพิเศษเป็นพื้นผิว ในแง่ของเทคโนโลยี ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางพินคือ 2.54 มม. และจำนวนพินมีตั้งแต่ 64 ถึง 447 ลักษณะของบรรจุภัณฑ์ประเภทนี้คือ ยิ่งพื้นที่บรรจุภัณฑ์ (ปริมาตร) เล็กลง การใช้พลังงาน (ประสิทธิภาพ) ก็จะยิ่งน้อยลง ) มันสามารถทนต่อและในทางกลับกัน รูปแบบบรรจุภัณฑ์ของชิปนี้พบเห็นได้ทั่วไปในสมัยแรกๆ และส่วนใหญ่จะใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์ที่ใช้พลังงานสูง เช่น CPU ตัวอย่างเช่น 80486 และ Pentium ของ Intel ล้วนใช้รูปแบบบรรจุภัณฑ์นี้ ผู้ผลิต MOSFET ยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง

4. แพ็คเกจทรานซิสเตอร์โครงร่างขนาดเล็ก (SOT)

SOT (Small Out-Line Transistor) เป็นแพ็คเกจทรานซิสเตอร์กำลังขนาดเล็กชนิดแพทช์ ส่วนใหญ่ได้แก่ SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (เช่น SOT23-5) เป็นต้น SOT323, SOT363/SOT26 (เช่น SOT23-6) และประเภทอื่น ๆ ได้แก่ มาซึ่งมีขนาดเล็กกว่าแพ็คเกจ TO

ประเภทแพ็คเกจ SOT

SOT23 เป็นแพ็คเกจทรานซิสเตอร์ที่ใช้กันทั่วไปโดยมีพินรูปปีกสามอัน ได้แก่ คอลเลกเตอร์ ตัวส่งและฐาน ซึ่งแสดงไว้ทั้งสองด้านของด้านยาวของส่วนประกอบ ในหมู่พวกเขาตัวปล่อยและฐานอยู่ด้านเดียวกัน พบได้ทั่วไปในทรานซิสเตอร์กำลังต่ำ ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็ก และทรานซิสเตอร์คอมโพสิตที่มีเครือข่ายตัวต้านทาน พวกมันมีความแข็งแรงดีแต่มีความสามารถในการบัดกรีต่ำ ลักษณะที่ปรากฏดังแสดงในรูปที่ (ก) ด้านล่าง

SOT89 มีพินสั้น ๆ สามพินกระจายอยู่ที่ด้านหนึ่งของทรานซิสเตอร์ อีกด้านเป็นฮีทซิงค์โลหะเชื่อมต่อกับฐานเพื่อเพิ่มความสามารถในการกระจายความร้อน เป็นเรื่องปกติในทรานซิสเตอร์แบบยึดพื้นผิวกำลังแบบซิลิคอน และเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง ลักษณะที่ปรากฏจะแสดงในรูป (b) ด้านล่าง

SOT143 มีหมุดรูปปีกสั้นสี่อันซึ่งดึงออกมาจากทั้งสองด้าน ปลายพินที่กว้างกว่าคือตัวสะสม แพคเกจประเภทนี้พบได้ทั่วไปในทรานซิสเตอร์ความถี่สูงและลักษณะที่ปรากฏจะแสดงในรูป (c) ด้านล่าง

SOT252 เป็นทรานซิสเตอร์กำลังสูงที่มี 3 พินนำจากด้านหนึ่ง และพินกลางจะสั้นกว่าและเป็นตัวสะสม เชื่อมต่อกับหมุดขนาดใหญ่ที่ปลายอีกด้านซึ่งเป็นแผ่นทองแดงสำหรับกระจายความร้อน และมีลักษณะดังแสดงในรูป (ง) ด้านล่าง

การเปรียบเทียบลักษณะแพ็คเกจ SOT ทั่วไป

SOT-89 MOSFET สี่เทอร์มินัลมักใช้กับเมนบอร์ด ข้อมูลจำเพาะและขนาดมีดังนี้:

ข้อมูลจำเพาะขนาด SOT-89 MOSFET (หน่วย: มม.)

5. แพ็คเกจโครงร่างขนาดเล็ก (SOP)

SOP (Small Out-Line Package) เป็นหนึ่งในแพ็คเกจแบบยึดติดบนพื้นผิว หรือที่เรียกว่า SOL หรือ DFP หมุดดึงออกมาจากทั้งสองด้านของบรรจุภัณฑ์เป็นรูปปีกนกนางนวล (รูปตัว L) วัสดุเป็นพลาสติกและเซรามิค มาตรฐานบรรจุภัณฑ์ SOP ได้แก่ SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 เป็นต้น ตัวเลขหลัง SOP ระบุจำนวนพิน แพ็คเกจ MOSFET SOP ส่วนใหญ่ใช้ข้อกำหนด SOP-8 อุตสาหกรรมนี้มักจะละเว้น "P" และย่อว่า SO (Small Out-Line)

ขนาดบรรจุภัณฑ์ SOP-8

SO-8 ได้รับการพัฒนาครั้งแรกโดยบริษัท PHILIP บรรจุในพลาสติก ไม่มีแผ่นด้านล่างกระจายความร้อน และมีการกระจายความร้อนไม่ดี โดยทั่วไปจะใช้กับ MOSFET พลังงานต่ำ ต่อมา ข้อกำหนดมาตรฐาน เช่น TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) ฯลฯ ค่อยๆ ได้รับมา ในหมู่พวกเขา TSOP และ TSSOP มักใช้ในบรรจุภัณฑ์ MOSFET

ข้อมูลจำเพาะที่ได้รับ SOP ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ MOSFET

6. แพ็คเกจสี่แบน (QFP)

ระยะห่างระหว่างพินชิปในแพ็คเกจ QFP (Plastic Quad Flat Package) มีขนาดเล็กมากและพินนั้นบางมาก โดยทั่วไปจะใช้ในวงจรรวมขนาดใหญ่หรือขนาดใหญ่พิเศษ และโดยทั่วไปจำนวนพินจะมากกว่า 100 ชิปที่บรรจุในรูปแบบนี้จะต้องใช้เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว SMT เพื่อบัดกรีชิปเข้ากับเมนบอร์ด วิธีการบรรจุภัณฑ์นี้มีลักษณะสำคัญ 4 ประการ: 1 เหมาะสำหรับเทคโนโลยีการติดตั้งพื้นผิว SMD เพื่อติดตั้งสายไฟบนแผงวงจร PCB; ② เหมาะสำหรับการใช้งานความถี่สูง 3 ใช้งานง่ายและมีความน่าเชื่อถือสูง ④ อัตราส่วนระหว่างพื้นที่ชิปและพื้นที่บรรจุภัณฑ์มีขนาดเล็ก เช่นเดียวกับวิธีการบรรจุหีบห่อของ PGA วิธีการบรรจุหีบห่อนี้จะห่อชิปไว้ในบรรจุภัณฑ์พลาสติก และไม่สามารถกระจายความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อชิปทำงานได้ทันเวลา มันจำกัดการปรับปรุงประสิทธิภาพของ MOSFET; และบรรจุภัณฑ์พลาสติกเองก็เพิ่มขนาดของอุปกรณ์ซึ่งไม่ตรงตามข้อกำหนดในการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ในลักษณะที่เบา บาง สั้น และเล็ก นอกจากนี้วิธีการบรรจุภัณฑ์ประเภทนี้ยังใช้ชิปตัวเดียวซึ่งมีปัญหาด้านประสิทธิภาพการผลิตต่ำและต้นทุนบรรจุภัณฑ์สูง ดังนั้น QFP จึงเหมาะสำหรับใช้ในวงจร LSI ลอจิกดิจิทัล เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์/เกทอาเรย์ และยังเหมาะสำหรับการบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์วงจร LSI แบบอะนาล็อก เช่น การประมวลผลสัญญาณ VTR และการประมวลผลสัญญาณเสียง

7、Quad แพ็คเกจแบนไม่มีสาย (QFN)

แพ็คเกจ QFN (แพ็คเกจไร้สารตะกั่ว Quad Flat) มีหน้าสัมผัสอิเล็กโทรดทั้งสี่ด้าน เนื่องจากไม่มีสายนำ พื้นที่ติดตั้งจึงเล็กกว่า QFP และความสูงจึงต่ำกว่า QFP ในหมู่พวกเขา เซรามิก QFN เรียกอีกอย่างว่า LCC (ผู้ให้บริการชิปไร้สารตะกั่ว) และพลาสติกต้นทุนต่ำ QFN ที่ใช้วัสดุฐานพิมพ์อีพอกซีเรซินแก้วเรียกว่าพลาสติก LCC, PCLC, P-LCC เป็นต้น มันเป็นบรรจุภัณฑ์ชิปติดบนพื้นผิวที่เกิดขึ้นใหม่ เทคโนโลยีที่มีขนาดแผ่นเล็ก ปริมาตรน้อย และมีพลาสติกเป็นวัสดุปิดผนึก QFN ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์วงจรรวม และ MOSFET จะไม่ถูกนำมาใช้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก Intel เสนอไดรเวอร์แบบรวมและโซลูชัน MOSFET จึงเปิดตัว DrMOS ในแพ็คเกจ QFN-56 ("56" หมายถึงพินการเชื่อมต่อ 56 พินที่ด้านหลังของชิป)

ควรสังเกตว่าแพ็คเกจ QFN มีการกำหนดค่าลีดภายนอกเหมือนกับแพ็คเกจโครงร่างขนาดเล็กพิเศษ (TSSOP) แต่มีขนาดเล็กกว่า TSSOP ถึง 62% ตามข้อมูลการสร้างแบบจำลอง QFN สมรรถนะด้านความร้อนสูงกว่าบรรจุภัณฑ์ TSSOP 55% และประสิทธิภาพทางไฟฟ้า (ตัวเหนี่ยวนำและความจุ) สูงกว่าบรรจุภัณฑ์ TSSOP 60% และ 30% ตามลำดับ ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือซ่อมยาก

DrMOS ในแพ็คเกจ QFN-56

อุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งแบบแยกขั้นตอน DC/DC แบบแยกแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดสำหรับความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น และไม่สามารถแก้ปัญหาผลกระทบของพารามิเตอร์ปรสิตที่ความถี่สวิตชิ่งสูงได้ ด้วยนวัตกรรมและความก้าวหน้าของเทคโนโลยี การผสานรวมไดรเวอร์และ MOSFET เพื่อสร้างโมดูลหลายชิปกลายเป็นเรื่องจริง วิธีการบูรณาการนี้สามารถประหยัดพื้นที่ได้มากและเพิ่มความหนาแน่นของการใช้พลังงาน ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพของไดรเวอร์และ MOSFET ทำให้สิ่งนี้กลายเป็นความจริง ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและกระแสไฟฟ้า DC คุณภาพสูง นี่คือ IC ไดรเวอร์รวมของ DrMOS

DrMOS รุ่นที่ 2 ของ Renesas

แพ็คเกจไร้สารตะกั่ว QFN-56 ทำให้ความต้านทานความร้อนของ DrMOS ต่ำมาก; ด้วยการต่อสายไฟภายในและการออกแบบคลิปทองแดง ทำให้การเดินสาย PCB ภายนอกสามารถลดลงได้ ซึ่งช่วยลดความเหนี่ยวนำและความต้านทาน นอกจากนี้ กระบวนการ MOSFET ซิลิคอนแบบช่องลึกที่ใช้ยังสามารถลดการสูญเสียประจุการนำไฟฟ้า สวิตชิ่ง และเกตได้อย่างมาก สามารถใช้งานร่วมกับคอนโทรลเลอร์ได้หลากหลาย สามารถบรรลุโหมดการทำงานที่แตกต่างกัน และรองรับ APS โหมดการแปลงเฟสที่ใช้งานอยู่ (การสลับเฟสอัตโนมัติ) นอกจากบรรจุภัณฑ์ QFN แล้ว บรรจุภัณฑ์ไร้สารตะกั่วแบบแบนทวิภาคี (DFN) ยังเป็นกระบวนการบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบต่างๆ ของ ON Semiconductor เมื่อเปรียบเทียบกับ QFN แล้ว DFN มีขั้วไฟฟ้านำออกน้อยกว่าทั้งสองด้าน

8、ผู้ให้บริการชิปพลาสติกตะกั่ว (PLCC)

PLCC (Plastic Quad Flat Package) มีรูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสและมีขนาดเล็กกว่าแพ็คเกจ DIP มาก มี 32 พิน มีหมุดอยู่รอบๆ หมุดถูกนำออกจากทั้งสี่ด้านของบรรจุภัณฑ์เป็นรูปตัว T มันเป็นผลิตภัณฑ์พลาสติก ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางพินคือ 1.27 มม. และจำนวนพินมีตั้งแต่ 18 ถึง 84 พินรูปตัว J นั้นไม่ได้เปลี่ยนรูปง่ายและใช้งานง่ายกว่า QFP แต่การตรวจสอบรูปลักษณ์หลังการเชื่อมนั้นยากกว่า บรรจุภัณฑ์ PLCC เหมาะสำหรับการติดตั้งสายไฟบน PCB โดยใช้เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว SMT มีข้อดีคือมีขนาดเล็กและมีความน่าเชื่อถือสูง บรรจุภัณฑ์ PLCC นั้นค่อนข้างธรรมดาและใช้ในลอจิก LSI, DLD (หรืออุปกรณ์ลอจิกโปรแกรม) และวงจรอื่นๆ รูปแบบบรรจุภัณฑ์นี้มักใช้ใน BIOS ของเมนบอร์ด แต่ในปัจจุบันพบได้น้อยกว่าใน MOSFET

การห่อหุ้มและการปรับปรุงสำหรับองค์กรกระแสหลัก

เนื่องจากแนวโน้มการพัฒนาของ CPU ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำและกระแสสูง MOSFET จึงจำเป็นต้องมีกระแสเอาต์พุตขนาดใหญ่ ความต้านทานต่อออนต่ำ การสร้างความร้อนต่ำ การกระจายความร้อนอย่างรวดเร็ว และมีขนาดเล็ก นอกเหนือจากการปรับปรุงเทคโนโลยีและกระบวนการผลิตชิปแล้ว ผู้ผลิต MOSFET ยังปรับปรุงเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์อย่างต่อเนื่องอีกด้วย บนพื้นฐานของความเข้ากันได้กับข้อกำหนดลักษณะมาตรฐาน พวกเขาเสนอรูปร่างบรรจุภัณฑ์ใหม่และจดทะเบียนชื่อเครื่องหมายการค้าสำหรับบรรจุภัณฑ์ใหม่ที่พวกเขาพัฒนา

1、แพ็คเกจ RENESAS WPAK, LFPAK และ LFPAK-I

WPAK เป็นแพ็คเกจการแผ่รังสีความร้อนสูงที่พัฒนาโดย Renesas ด้วยการเลียนแบบแพ็คเกจ D-PAK ตัวระบายความร้อนของชิปจะถูกเชื่อมเข้ากับเมนบอร์ด และความร้อนจะกระจายผ่านเมนบอร์ด เพื่อให้ WPAK แพ็คเกจขนาดเล็กสามารถเข้าถึงกระแสเอาต์พุตของ D-PAK ได้เช่นกัน WPAK-D2 บรรจุ MOSFET สูง/ต่ำสองตัวเพื่อลดความเหนี่ยวนำการเดินสายไฟ

ขนาดแพ็คเกจ Renesas WPAK

LFPAK และ LFPAK-I เป็นแพ็คเกจฟอร์มแฟคเตอร์ขนาดเล็กอีกสองแพ็คเกจที่พัฒนาโดย Renesas ซึ่งเข้ากันได้กับ SO-8 LFPAK คล้ายกับ D-PAK แต่เล็กกว่า D-PAK LFPAK-i วางแผงระบายความร้อนขึ้นเพื่อกระจายความร้อนผ่านแผงระบายความร้อน

แพ็คเกจ Renesas LFPAK และ LFPAK-I

2. บรรจุภัณฑ์ Vishay Power-PAK และ Polar-PAK

Power-PAK คือชื่อแพ็คเกจ MOSFET ที่จดทะเบียนโดย Vishay Corporation Power-PAK มีข้อกำหนดสองประการ: Power-PAK1212-8 และ Power-PAK SO-8

แพ็คเกจ Vishay Power-PAK1212-8

แพ็คเกจ Vishay Power-PAK SO-8

Polar PAK เป็นบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็กที่มีการกระจายความร้อนสองด้าน และเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์หลักของ Vishay Polar PAK เหมือนกับแพ็คเกจ so-8 ทั่วไป มีจุดกระจายทั้งด้านบนและด้านล่างของบรรจุภัณฑ์ ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะสะสมความร้อนภายในบรรจุภัณฑ์และสามารถเพิ่มความหนาแน่นกระแสของกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานเป็นสองเท่าของ SO-8 ปัจจุบัน Vishay ได้อนุญาตเทคโนโลยี Polar PAK ให้กับ STMicroelectronics

แพ็คเกจ Vishay Polar PAK

3. แพ็คเกจตะกั่วแบบแบน Onsemi SO-8 และ WDFN8

ON Semiconductor ได้พัฒนา MOSFET แบบลีดแบบแบนสองประเภท โดยในจำนวนนี้บอร์ดหลายรุ่นก็ใช้แบบแบบแบนที่เข้ากันได้กับ SO-8 MOSFET พลังงาน NVMx และ NVTx ที่เพิ่งเปิดตัวใหม่ของ ON Semiconductor ใช้แพ็คเกจ DFN5 (SO-8FL) และ WDFN8 ขนาดกะทัดรัดเพื่อลดการสูญเสียการนำไฟฟ้าให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติ QG และความจุต่ำเพื่อลดการสูญเสียไดรเวอร์

แพ็คเกจตะกั่วแบบแบน SO-8 ของ ON Semiconductor

แพ็คเกจ ON Semiconductor WDFN8

4. บรรจุภัณฑ์ NXP LFPAK และ QLPAK

NXP (เดิมชื่อ Philps) ได้ปรับปรุงเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ SO-8 ให้เป็น LFPAK และ QLPAK ในหมู่พวกเขา LFPAK ถือเป็นแพ็คเกจพลังงาน SO-8 ที่น่าเชื่อถือที่สุดในโลก ในขณะที่ QLPAK มีลักษณะขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูงกว่า เมื่อเทียบกับ SO-8 ทั่วไป QLPAK ครอบครองพื้นที่บอร์ด PCB 6*5 มม. และมีความต้านทานความร้อน 1.5k/W

แพ็คเกจ NXP LFPAK

บรรจุภัณฑ์ NXP QLPAK

4. แพ็คเกจ ST Semiconductor PowerSO-8

เทคโนโลยีการบรรจุชิป Power MOSFET ของ STMicroelectronics ได้แก่ SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK ฯลฯ หนึ่งในนั้น Power SO-8 เป็นเวอร์ชันปรับปรุงของ SO-8 นอกจากนี้ ยังมี PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 และแพ็คเกจอื่นๆ

แพ็คเกจ STMicroelectronics Power SO-8

5. แพ็คเกจ Fairchild Semiconductor Power 56

พาวเวอร์ 56 เป็นชื่อเฉพาะของฟาริไชลด์ และชื่ออย่างเป็นทางการคือ DFN5×6 พื้นที่บรรจุภัณฑ์เทียบได้กับ TSOP-8 ที่ใช้กันทั่วไป และบรรจุภัณฑ์แบบบางช่วยประหยัดความสูงของส่วนประกอบ และการออกแบบแผ่นระบายความร้อนที่ด้านล่างช่วยลดความต้านทานความร้อน ดังนั้น ผู้ผลิตอุปกรณ์จ่ายไฟหลายรายจึงปรับใช้ DFN5×6

แพ็คเกจแฟร์ไชลด์ พาวเวอร์ 56

6. แพ็คเกจ International Rectifier (IR) Direct FET

Direct FET ให้การระบายความร้อนด้านบนที่มีประสิทธิภาพใน SO-8 หรือขนาดที่เล็กกว่า และเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันการแปลงพลังงาน AC-DC และ DC-DC ในคอมพิวเตอร์ แล็ปท็อป โทรคมนาคม และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค โครงสร้างกระป๋องโลหะของ DirectFET ช่วยกระจายความร้อนได้สองด้าน ซึ่งเพิ่มความสามารถในการจัดการกระแสไฟ DC-DC buck converters ความถี่สูงเป็นสองเท่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับแพ็คเกจพลาสติกแยกมาตรฐาน แพ็คเกจ Direct FET เป็นแบบติดตั้งกลับด้าน โดยหันตัวระบายความร้อนของท่อระบาย (D) ขึ้นด้านบนและปิดด้วยเปลือกโลหะเพื่อกระจายความร้อนออกไป บรรจุภัณฑ์ Direct FET ช่วยเพิ่มการกระจายความร้อนได้อย่างมาก และใช้พื้นที่น้อยลงโดยกระจายความร้อนได้ดี

สรุป

ในอนาคต เนื่องจากอุตสาหกรรมการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ยังคงพัฒนาไปในทิศทางของความบางเฉียบ การย่อขนาด แรงดันไฟฟ้าต่ำ และกระแสสูง ลักษณะและโครงสร้างบรรจุภัณฑ์ภายในของ MOSFET ก็จะเปลี่ยนไปเพื่อปรับให้เข้ากับความต้องการการพัฒนาของการผลิตได้ดียิ่งขึ้น อุตสาหกรรม. นอกจากนี้ เพื่อลดเกณฑ์การคัดเลือกสำหรับผู้ผลิตอิเล็กทรอนิกส์ แนวโน้มการพัฒนา MOSFET ในทิศทางของการทำให้เป็นโมดูลและบรรจุภัณฑ์ระดับระบบจะชัดเจนมากขึ้น และผลิตภัณฑ์จะพัฒนาในลักษณะที่ประสานงานจากหลายมิติ เช่น ประสิทธิภาพและต้นทุน . แพ็คเกจเป็นหนึ่งในปัจจัยอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการเลือก MOSFET ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แต่ละชนิดมีข้อกำหนดทางไฟฟ้าที่แตกต่างกัน และสภาพแวดล้อมการติดตั้งที่แตกต่างกันยังต้องมีข้อกำหนดขนาดที่ตรงกันเพื่อให้เป็นไปตามนั้น ในการคัดเลือกจริงควรตัดสินใจตามความต้องการที่แท้จริงตามหลักการทั่วไป ระบบอิเล็กทรอนิกส์บางระบบถูกจำกัดด้วยขนาดของ PCB และความสูงภายใน ตัวอย่างเช่น แหล่งจ่ายไฟโมดูลของระบบสื่อสารมักจะใช้แพ็คเกจ DFN5*6 และ DFN3*3 เนื่องจากข้อจำกัดด้านความสูง ในแหล่งจ่ายไฟ ACDC บางชนิด การออกแบบที่บางเฉียบหรือเนื่องจากข้อจำกัดของเปลือกเหมาะสำหรับการประกอบ TO220 แพ็คเกจกำลัง MOSFET ในเวลานี้ สามารถเสียบหมุดเข้ากับรูทได้โดยตรง ซึ่งไม่เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์บรรจุภัณฑ์ TO247 การออกแบบที่บางเฉียบบางรุ่นจำเป็นต้องงอหมุดของอุปกรณ์และวางให้แบน ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนในการเลือก MOSFET

วิธีการเลือก MOSFET

วิศวกรคนหนึ่งบอกฉันว่าเขาไม่เคยดูหน้าแรกของเอกสารข้อมูล MOSFET เพราะข้อมูลที่ "ใช้งานได้จริง" จะปรากฏเฉพาะในหน้าที่สองและหน้าถัดไปเท่านั้น แทบทุกหน้าในแผ่นข้อมูล MOSFET มีข้อมูลที่เป็นประโยชน์สำหรับนักออกแบบ แต่การตีความข้อมูลจากผู้ผลิตยังไม่ชัดเจนเสมอไป

บทความนี้จะสรุปข้อกำหนดสำคัญบางประการของ MOSFET วิธีระบุไว้ในแผ่นข้อมูล และภาพที่ชัดเจนที่คุณต้องเข้าใจ เช่นเดียวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ MOSFET จะได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิในการทำงาน ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจเงื่อนไขการทดสอบที่ใช้ตัวบ่งชี้ดังกล่าว สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าตัวบ่งชี้ที่คุณเห็นใน "การแนะนำผลิตภัณฑ์" เป็นค่า "สูงสุด" หรือ "ทั่วไป" เนื่องจากเอกสารข้อมูลบางแผ่นไม่ได้ระบุไว้อย่างชัดเจน

เกรดแรงดันไฟฟ้า

คุณลักษณะหลักที่กำหนด MOSFET คือแรงดันไฟฟ้า VDS ของเดรน-ซอร์ส หรือ "แรงดันพังทลายของเดรน-ซอร์ส" ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ MOSFET สามารถทนได้โดยไม่มีความเสียหายเมื่อเกตลัดวงจรไปยังแหล่งกำเนิดและกระแสเดรน คือ 250μA - VDS เรียกอีกอย่างว่า "แรงดันไฟฟ้าสูงสุดสัมบูรณ์ที่ 25°C" แต่สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าแรงดันไฟฟ้าสัมบูรณ์นี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และโดยปกติจะมี "ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ VDS" ในเอกสารข้อมูล คุณต้องเข้าใจด้วยว่า VDS สูงสุดคือแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงบวกกับแรงดันไฟกระชากและระลอกคลื่นที่อาจมีอยู่ในวงจร ตัวอย่างเช่น หากคุณใช้อุปกรณ์ 30V กับแหล่งจ่ายไฟ 30V ที่มีกระแสไฟ 100mV, 5ns แรงดันไฟฟ้าจะเกินขีดจำกัดสูงสุดสัมบูรณ์ของอุปกรณ์ และอุปกรณ์อาจเข้าสู่โหมดหิมะถล่ม ในกรณีนี้ ไม่สามารถรับประกันความน่าเชื่อถือของ MOSFET ได้ ที่อุณหภูมิสูง ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิสามารถเปลี่ยนแรงดันพังทลายได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น MOSFET แบบ N-channel บางตัวที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้า 600V จะมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก เมื่อเข้าใกล้อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุด ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิจะทำให้ MOSFET เหล่านี้ทำงานเหมือนกับ MOSFET 650V กฎการออกแบบของผู้ใช้ MOSFET จำนวนมากต้องการปัจจัยการลดพิกัดที่ 10% ถึง 20% ในการออกแบบบางแบบ เมื่อพิจารณาว่าแรงดันพังทลายตามจริงนั้นสูงกว่าค่าพิกัดที่ 25°C 5% ถึง 10% ขอบการออกแบบที่มีประโยชน์ที่เกี่ยวข้องจะถูกเพิ่มให้กับการออกแบบจริง ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการออกแบบ สิ่งสำคัญเท่าเทียมกันในการเลือก MOSFET ที่ถูกต้องคือการทำความเข้าใจบทบาทของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเกตและแหล่งจ่าย VGS ในระหว่างกระบวนการนำไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้านี้คือแรงดันไฟฟ้าที่รับรองการนำ MOSFET อย่างสมบูรณ์ภายใต้สภาวะ RDS(on) สูงสุดที่กำหนด นี่คือเหตุผลว่าทำไมค่าความต้านทานออนจึงสัมพันธ์กับระดับ VGS เสมอ และสามารถเปิดอุปกรณ์ได้ที่แรงดันไฟฟ้านี้เท่านั้น ผลที่ตามมาของการออกแบบที่สำคัญคือ คุณไม่สามารถเปิด MOSFET ได้เต็มที่โดยมีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า VGS ขั้นต่ำที่ใช้เพื่อให้ได้ระดับ RDS(on) ตัวอย่างเช่น หากต้องการขับเคลื่อน MOSFET โดยสมบูรณ์ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ 3.3V คุณจะต้องสามารถเปิด MOSFET ได้ที่ VGS=2.5V หรือต่ำกว่า

แนวต้าน เกทชาร์จ และ "ร่างบุญ"

ความต้านทานออนของ MOSFET จะถูกกำหนดที่แรงดันไฟฟ้าระหว่างเกตตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปเสมอ ขีดจำกัด RDS(on) สูงสุดสามารถสูงกว่าค่าปกติได้ 20% ถึง 50% ขีดจำกัดสูงสุดของ RDS(on) มักจะหมายถึงค่าที่อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ 25°C ที่อุณหภูมิสูงขึ้น RDS(on) สามารถเพิ่มได้ 30% ถึง 150% ดังแสดงในรูปที่ 1 เนื่องจาก RDS(on) เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและไม่สามารถรับประกันค่าความต้านทานขั้นต่ำได้ การตรวจจับกระแสตาม RDS(on) จะไม่ วิธีการที่แม่นยำมาก

รูปที่ 1 RDS(on) จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิในช่วง 30% ถึง 150% ของอุณหภูมิการทำงานสูงสุด

ความต้านทานออนมีความสำคัญมากสำหรับทั้ง MOSFET แบบ N-channel และ P-channel ในการสลับแหล่งจ่ายไฟ Qg เป็นเกณฑ์การเลือกที่สำคัญสำหรับ N-channel MOSFET ที่ใช้ในการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟเนื่องจาก Qg ส่งผลต่อการสูญเสียการสลับ การสูญเสียเหล่านี้มีผลกระทบสองประการ: หนึ่งคือเวลาในการเปลี่ยนที่ส่งผลต่อการเปิดและปิด MOSFET; อีกประการหนึ่งคือพลังงานที่ต้องใช้ในการชาร์จความจุของเกตในระหว่างกระบวนการสวิตชิ่งแต่ละครั้ง สิ่งหนึ่งที่ควรจำไว้คือ Qg ขึ้นอยู่กับแรงดันเกต-แหล่งที่มา แม้ว่าการใช้ Vgs ที่ต่ำกว่าจะช่วยลดการสูญเสียการสลับก็ตาม เป็นวิธีที่รวดเร็วในการเปรียบเทียบ MOSFET ที่มีไว้สำหรับใช้ในการสลับแอปพลิเคชัน ผู้ออกแบบมักใช้สูตรเอกพจน์ซึ่งประกอบด้วย RDS(on) สำหรับการสูญเสียการนำไฟฟ้า และ Qg สำหรับการสูญเสียการสลับ: RDS(on)xQg "ตัวเลขความดีความชอบ" (FOM) นี้สรุปประสิทธิภาพของอุปกรณ์และช่วยให้สามารถเปรียบเทียบ MOSFET ในรูปของค่าทั่วไปหรือค่าสูงสุดได้ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเปรียบเทียบระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ อย่างถูกต้อง คุณต้องแน่ใจว่าใช้ VGS เดียวกันสำหรับ RDS(on) และ Qg และค่าทั่วไปและค่าสูงสุดจะไม่ผสมกันในสิ่งพิมพ์ FOM ที่ต่ำกว่าจะให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในการสลับแอปพลิเคชัน แต่ก็ไม่รับประกัน ผลลัพธ์การเปรียบเทียบที่ดีที่สุดสามารถรับได้จากวงจรจริงเท่านั้น และในบางกรณี อาจจำเป็นต้องปรับแต่งวงจรอย่างละเอียดสำหรับ MOSFET แต่ละตัว พิกัดกระแสและการกระจายพลังงาน ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการทดสอบที่แตกต่างกัน MOSFET ส่วนใหญ่มีกระแสเดรนต่อเนื่องอย่างน้อยหนึ่งกระแสในเอกสารข้อมูล คุณจะต้องดูเอกสารข้อมูลอย่างละเอียดเพื่อดูว่าพิกัดอยู่ที่อุณหภูมิเคสที่ระบุ (เช่น TC=25°C) หรืออุณหภูมิแวดล้อม (เช่น TA=25°C) ค่าใดที่เกี่ยวข้องมากที่สุดจะขึ้นอยู่กับลักษณะอุปกรณ์และการใช้งาน (ดูรูปที่ 2)

ค่ากระแสและกำลังสูงสุดที่แน่นอนทั้งหมดเป็นข้อมูลจริง

รูปที่ 2 ค่ากระแสและกำลังสูงสุดสัมบูรณ์ทั้งหมดเป็นข้อมูลจริง

สำหรับอุปกรณ์ยึดบนพื้นผิวขนาดเล็กที่ใช้ในอุปกรณ์พกพา ระดับกระแสที่เกี่ยวข้องมากที่สุดอาจเป็นที่อุณหภูมิแวดล้อม 70°C สำหรับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่มีแผงระบายความร้อนและระบายความร้อนด้วยอากาศ ระดับกระแสไฟที่ TA=25℃ อาจใกล้เคียงกับสถานการณ์จริงมากขึ้น สำหรับอุปกรณ์บางชนิด ดายสามารถรองรับกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าที่อุณหภูมิจุดแยกสูงสุดเกินกว่าขีดจำกัดของแพ็คเกจ ในเอกสารข้อมูลบางแผ่น ระดับปัจจุบัน "จำกัดดาย" นี้เป็นข้อมูลเพิ่มเติมของระดับปัจจุบัน "จำกัดดาย" ซึ่งสามารถช่วยให้คุณเข้าใจถึงความทนทานของดายได้ ข้อควรพิจารณาที่คล้ายกันนี้ใช้กับการกระจายพลังงานอย่างต่อเนื่อง ซึ่งไม่เพียงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับเวลาด้วย ลองนึกภาพอุปกรณ์ทำงานอย่างต่อเนื่องที่ PD=4W เป็นเวลา 10 วินาทีที่ TA=70℃ สิ่งที่ทำให้เกิดช่วงเวลา "ต่อเนื่อง" จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแพ็คเกจ MOSFET ดังนั้น คุณจะต้องใช้แผนภาพอิมพีแดนซ์ชั่วคราวจากความร้อนที่เป็นมาตรฐานจากแผ่นข้อมูลเพื่อดูว่าการกระจายพลังงานจะเป็นอย่างไรหลังจาก 10 วินาที, 100 วินาที หรือ 10 นาที . ดังแสดงในรูปที่ 3 ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานความร้อนของอุปกรณ์พิเศษนี้หลังจากพัลส์ 10 วินาทีจะอยู่ที่ประมาณ 0.33 ซึ่งหมายความว่าเมื่อบรรจุภัณฑ์ถึงความอิ่มตัวของความร้อนหลังจากผ่านไปประมาณ 10 นาที ความสามารถในการกระจายความร้อนของอุปกรณ์จะเหลือเพียง 1.33W แทนที่จะเป็น 4W . แม้ว่าความสามารถในการกระจายความร้อนของอุปกรณ์จะสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 2W ภายใต้การระบายความร้อนที่ดี

รูปที่ 3 ความต้านทานความร้อนของ MOSFET เมื่อใช้พัลส์กำลัง

จริงๆ แล้วเราสามารถแบ่งวิธีการเลือก MOSFET ออกเป็นสี่ขั้นตอนได้

ขั้นตอนแรก: เลือกช่อง N หรือช่อง P

ขั้นตอนแรกในการเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบของคุณคือการตัดสินใจว่าจะใช้ MOSFET แบบ N-channel หรือ P-channel ในการประยุกต์ใช้พลังงานทั่วไป เมื่อ MOSFET เชื่อมต่อกับกราวด์และโหลดเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าหลัก MOSFET จะสร้างสวิตช์ด้านต่ำ ในสวิตช์ด้านต่ำ ควรใช้ MOSFET แบบ N-channel เนื่องจากต้องคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นในการปิดหรือเปิดอุปกรณ์ เมื่อ MOSFET เชื่อมต่อกับบัสและโหลดลงกราวด์ จะใช้สวิตช์ด้านสูง P-channel MOSFET มักจะใช้ในโทโพโลยีนี้ ซึ่งก็เนื่องมาจากการพิจารณาแรงดันไฟฟ้าด้วย ในการเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานของคุณ คุณต้องกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการขับเคลื่อนอุปกรณ์และวิธีที่ง่ายที่สุดในการออกแบบของคุณ ขั้นตอนต่อไปคือการกำหนดพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ หรือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อุปกรณ์สามารถทนได้ ยิ่งระดับแรงดันไฟฟ้าสูงเท่าใด ราคาของอุปกรณ์ก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย จากประสบการณ์จริง แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดควรมากกว่าแรงดันไฟฟ้าหลักหรือแรงดันไฟฟ้าบัส ซึ่งจะให้การป้องกันที่เพียงพอเพื่อให้ MOSFET จะไม่ล้มเหลว เมื่อเลือก MOSFET จำเป็นต้องกำหนดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่สามารถยอมรับได้จากเดรนไปยังแหล่งกำเนิด นั่นคือ VDS สูงสุด สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ MOSFET สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิได้ นักออกแบบจะต้องทดสอบความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงานทั้งหมด แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดต้องมีระยะขอบเพียงพอที่จะครอบคลุมช่วงการเปลี่ยนแปลงนี้เพื่อให้แน่ใจว่าวงจรจะไม่ล้มเหลว ปัจจัยด้านความปลอดภัยอื่นๆ ที่วิศวกรออกแบบต้องพิจารณา ได้แก่ แรงดันไฟกระชากชั่วคราวที่เกิดจากการสวิตชิ่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น มอเตอร์หรือหม้อแปลงไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดจะแตกต่างกันไปตามการใช้งานที่แตกต่างกัน โดยทั่วไป 20V สำหรับอุปกรณ์พกพา 20-30V สำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟ FPGA และ 450-600V สำหรับการใช้งาน 85-220VAC

ขั้นตอนที่ 2: กำหนดกระแสไฟที่กำหนด

ขั้นตอนที่สองคือการเลือกระดับปัจจุบันของ MOSFET กระแสไฟที่กำหนดนี้ควรเป็นกระแสสูงสุดที่โหลดสามารถทนได้ในทุกสถานการณ์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าวงจร เช่นเดียวกับสถานการณ์แรงดันไฟฟ้า ผู้ออกแบบจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่า MOSFET ที่เลือกสามารถทนต่อพิกัดกระแสนี้ แม้ว่าระบบจะสร้างกระแสไฟกระชากก็ตาม เงื่อนไขปัจจุบันสองประการที่พิจารณาคือโหมดต่อเนื่องและพัลส์ที่พุ่งสูงขึ้น ในโหมดการนำต่อเนื่อง MOSFET จะอยู่ในสถานะคงที่ โดยที่กระแสไหลผ่านอุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง พัลส์สไปค์หมายถึงกระแสไฟกระชากขนาดใหญ่ (หรือกระแสสไปค์) ที่ไหลผ่านอุปกรณ์ เมื่อกำหนดกระแสสูงสุดภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้แล้ว ก็เป็นเพียงเรื่องของการเลือกอุปกรณ์ที่สามารถรองรับกระแสสูงสุดนี้ได้ หลังจากเลือกกระแสไฟที่กำหนดแล้ว จะต้องคำนวณการสูญเสียการนำไฟฟ้าด้วย ในสถานการณ์จริง MOSFET ไม่ใช่อุปกรณ์ในอุดมคติเนื่องจากมีการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในระหว่างกระบวนการนำ ซึ่งเรียกว่าการสูญเสียการนำ MOSFET ทำงานเหมือนตัวต้านทานผันแปรเมื่อ "เปิด" ซึ่งถูกกำหนดโดย RDS(ON) ของอุปกรณ์และเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามอุณหภูมิ การสูญเสียพลังงานของอุปกรณ์สามารถคำนวณได้โดย Iload2×RDS(ON) เนื่องจากความต้านทานออนเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ การสูญเสียกำลังจึงเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนด้วย ยิ่งแรงดันไฟฟ้า VGS ที่ใช้กับ MOSFET สูงเท่าใด RDS(ON) ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ในทางกลับกัน ยิ่ง RDS(ON) สูงเท่าไร สำหรับผู้ออกแบบระบบ นี่คือจุดที่ข้อเสียเกิดขึ้นโดยขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของระบบ สำหรับการออกแบบแบบพกพา การใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจะง่ายกว่า (และแพร่หลายกว่า) ในขณะที่การออกแบบทางอุตสาหกรรม สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าได้ โปรดทราบว่าความต้านทาน RDS(ON) จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตามกระแส คุณสามารถดูความแปรผันของพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าต่างๆ ของตัวต้านทาน RDS(ON) ได้ในเอกสารข้อมูลทางเทคนิคที่ผู้ผลิตจัดเตรียมให้ เทคโนโลยีมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณลักษณะของอุปกรณ์ เนื่องจากเทคโนโลยีบางอย่างมีแนวโน้มที่จะเพิ่ม RDS(ON) เมื่อเพิ่ม VDS สูงสุด สำหรับเทคโนโลยีดังกล่าว หากคุณต้องการลด VDS และ RDS(ON) คุณต้องเพิ่มขนาดชิป ซึ่งจะเป็นการเพิ่มขนาดแพ็คเกจที่ตรงกันและต้นทุนการพัฒนาที่เกี่ยวข้อง มีเทคโนโลยีหลายอย่างในอุตสาหกรรมที่พยายามควบคุมการเพิ่มขนาดชิป ซึ่งเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุดคือเทคโนโลยีการปรับสมดุลช่องสัญญาณและการชาร์จ ในเทคโนโลยีร่องลึกลึกนั้น ร่องลึกลึกจะถูกฝังอยู่ในเวเฟอร์ ซึ่งโดยปกติจะสงวนไว้สำหรับแรงดันไฟฟ้าต่ำ เพื่อลด RDS (ON) ความต้านทานออน เพื่อลดผลกระทบของ VDS สูงสุดต่อ RDS(ON) จึงมีการใช้คอลัมน์การเจริญเติบโตแบบอีปิแอกเซียล/คอลัมน์การแกะสลักในระหว่างกระบวนการพัฒนา ตัวอย่างเช่น Fairchild Semiconductor ได้พัฒนาเทคโนโลยีที่เรียกว่า SuperFET ซึ่งเพิ่มขั้นตอนการผลิตเพิ่มเติมสำหรับการลด RDS(ON) การมุ่งเน้นไปที่ RDS(ON) นี้มีความสำคัญเนื่องจากเมื่อแรงดันพังทลายของ MOSFET มาตรฐานเพิ่มขึ้น RDS(ON) จะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณและนำไปสู่การเพิ่มขนาดดาย กระบวนการ SuperFET จะเปลี่ยนความสัมพันธ์แบบเอ็กซ์โปเนนเชียลระหว่าง RDS(ON) และขนาดเวเฟอร์เป็นความสัมพันธ์เชิงเส้น ด้วยวิธีนี้ อุปกรณ์ SuperFET จึงสามารถบรรลุ RDS(ON) ต่ำในอุดมคติในขนาดดายขนาดเล็ก แม้จะมีแรงดันพังทลายสูงถึง 600V ก็ตาม ผลลัพธ์ก็คือขนาดเวเฟอร์สามารถลดลงได้ถึง 35% สำหรับผู้ใช้ปลายทาง นี่หมายถึงการลดขนาดบรรจุภัณฑ์ลงอย่างมาก

ขั้นตอนที่สาม: กำหนดข้อกำหนดด้านความร้อน

ขั้นตอนต่อไปในการเลือก MOSFET คือการคำนวณข้อกำหนดด้านความร้อนของระบบ ผู้ออกแบบจะต้องพิจารณาสถานการณ์ที่แตกต่างกันสองสถานการณ์ สถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดและสถานการณ์ในโลกแห่งความเป็นจริง ขอแนะนำให้ใช้ผลการคำนวณกรณีที่แย่ที่สุด เนื่องจากผลลัพธ์นี้ให้ระยะขอบด้านความปลอดภัยที่มากกว่า และทำให้มั่นใจว่าระบบจะไม่ล้มเหลว นอกจากนี้ยังมีข้อมูลการวัดบางส่วนที่ต้องให้ความสนใจในเอกสารข้อมูล MOSFET เช่น ความต้านทานความร้อนระหว่างจุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ของอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์กับสภาพแวดล้อม และอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุด อุณหภูมิหัวต่อของอุปกรณ์เท่ากับอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดบวกด้วยผลคูณของความต้านทานความร้อนและการกระจายพลังงาน (อุณหภูมิหัวต่อ = อุณหภูมิแวดล้อมสูงสุด + [ความต้านทานความร้อน × การกระจายพลังงาน]) ตามสมการนี้ สามารถแก้ไขการกระจายพลังงานสูงสุดของระบบได้ ซึ่งเท่ากับ I2×RDS(ON) ตามคำจำกัดความ เนื่องจากผู้ออกแบบได้กำหนดกระแสสูงสุดที่จะผ่านอุปกรณ์ ดังนั้น RDS(ON) จึงสามารถคำนวณได้ที่อุณหภูมิต่างๆ เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อต้องรับมือกับแบบจำลองการระบายความร้อนอย่างง่าย ผู้ออกแบบจะต้องพิจารณาความจุความร้อนของจุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์/เคสอุปกรณ์ และเคส/สภาพแวดล้อมด้วย โดยกำหนดให้แผงวงจรพิมพ์และบรรจุภัณฑ์ไม่ร้อนขึ้นทันที การพังทลายของหิมะถล่มหมายความว่าแรงดันย้อนกลับบนอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เกินค่าสูงสุดและสร้างสนามไฟฟ้าแรงขึ้นเพื่อเพิ่มกระแสไฟฟ้าในอุปกรณ์ กระแสไฟฟ้านี้จะกระจายพลังงาน ทำให้อุณหภูมิของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น และอาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ได้ บริษัทเซมิคอนดักเตอร์จะทำการทดสอบหิมะถล่มบนอุปกรณ์ คำนวณแรงดันไฟถล่ม หรือทดสอบความทนทานของอุปกรณ์ มีสองวิธีในการคำนวณแรงดันไฟฟ้าถล่มที่กำหนด; วิธีหนึ่งคือวิธีทางสถิติและอีกวิธีคือการคำนวณทางความร้อน การคำนวณทางความร้อนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากใช้งานได้จริงมากกว่า บริษัทหลายแห่งได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการทดสอบอุปกรณ์ของตน ตัวอย่างเช่น Fairchild Semiconductor ให้ "แนวทาง Power MOSFET Avalanche" (สามารถดาวน์โหลดแนวทาง Power MOSFET Avalanche ได้จากเว็บไซต์ Fairchild) นอกเหนือจากการประมวลผลแล้ว เทคโนโลยียังมีอิทธิพลอย่างมากต่อผลกระทบจากหิมะถล่มอีกด้วย ตัวอย่างเช่น การเพิ่มขนาดแม่พิมพ์จะเพิ่มความต้านทานการถล่ม และในที่สุดจะเพิ่มความทนทานของอุปกรณ์ สำหรับผู้ใช้ หมายถึงการใช้แพ็คเกจที่ใหญ่กว่าในระบบ

ขั้นตอนที่ 4: กำหนดประสิทธิภาพของสวิตช์

ขั้นตอนสุดท้ายในการเลือก MOSFET คือการพิจารณาประสิทธิภาพการสลับของ MOSFET มีพารามิเตอร์มากมายที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการสลับ แต่พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดคือเกต/เดรน เกท/แหล่งที่มา และความจุของเดรน/ซอร์ส ตัวเก็บประจุเหล่านี้สร้างการสูญเสียการสวิตชิ่งในอุปกรณ์เนื่องจากมีการชาร์จทุกครั้งที่เปลี่ยน ความเร็วในการเปลี่ยนของ MOSFET จึงลดลง และประสิทธิภาพของอุปกรณ์ก็ลดลงด้วย ในการคำนวณการสูญเสียทั้งหมดในอุปกรณ์ระหว่างการเปลี่ยน ผู้ออกแบบจะต้องคำนวณการสูญเสียระหว่างการเปิดเครื่อง (Eon) และความสูญเสียระหว่างการปิดเครื่อง (Eoff) กำลังรวมของสวิตช์ MOSFET สามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้: Psw=(Eon+Eoff)×ความถี่การสลับ ค่าเกต (Qgd) มีผลกระทบมากที่สุดต่อประสิทธิภาพการสลับ ตามความสำคัญของประสิทธิภาพสวิตช์ เทคโนโลยีใหม่ๆ ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อแก้ไขปัญหาสวิตช์นี้ การเพิ่มขนาดชิปจะเพิ่มค่าเกต สิ่งนี้จะเพิ่มขนาดอุปกรณ์ เพื่อลดการสูญเสียการสวิตชิ่ง เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น การออกซิเดชันด้านล่างหนาของช่องได้เกิดขึ้น โดยมีเป้าหมายเพื่อลดประจุเกต ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีใหม่ SuperFET สามารถลดการสูญเสียการนำไฟฟ้าให้เหลือน้อยที่สุดและปรับปรุงประสิทธิภาพการสลับโดยการลด RDS(ON) และประจุเกต (Qg) ด้วยวิธีนี้ MOSFET สามารถรับมือกับภาวะชั่วครู่ของแรงดันไฟฟ้าความเร็วสูง (dv/dt) และภาวะชั่วครู่ของกระแส (di/dt) ระหว่างการสลับ และยังสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือที่ความถี่การสลับที่สูงขึ้นอีกด้วย