Warum haben oberflächenmontierte Mosfets das Kühlkörperpad eher am Drain als an der Source? (N-Kanal)

Bei vielen oberflächenmontierten Power-N-Mosfets habe ich gesehen, dass das große Pad elektrisch das Drain-Pad ist.

Wäre es nicht sinnvoller, den Kühlkörper auf die Grundebene zu bringen, wo Sie wahrscheinlich bereits viel Kupfer haben? Es scheint, als würde das Ablassen des "Kühlkörperpads" nur die Menge an Gesamtkupfer / belegtem Platz auf der Platine erhöhen. Warum sollten Sie sie so gestalten, dass Sie eine zusätzliche oder vielleicht viele separate große Füllung(en) für Wärme hinzufügen müssen?

Normales Durchgangsloch verwendet Drain für Tab, genau wie BJTs Collector für Tab verwenden. Es wäre praktisch, wenn die Quelle in mehr Fällen der Tab als der Drain wäre. Es gab einige laterale N- und P-Kanal-Fets der alten Schule in TO3-Metallgehäusen, die dies taten haben Quelle als Fall.
Thermisch gesehen ist es ein Fehler zu glauben, dass die Grundebene für einen Power-Mosfet von Bedeutung ist.
@Gregory Kornblum: Okay, aber selbst wenn Sie sagen, dass Sie sowieso immer eine Art Kühlkörper hinzufügen werden, wäre es nicht viel praktischer, wenn dieser Kühlkörper elektrisch geerdet wäre? Das Anbringen des "Senkenpads" an der Quelle würde es einfacher machen, ein elektrisch geerdetes Metallgehäuse anzubringen (wenn die Gehäuseerde mit der Schaltungserde identisch ist). Oder wenn Sie einen separaten Kühlkörper haben, möchten Sie nicht, dass er auf einem Nicht-Masse-Potential liegt, sodass dieser Aufbau eine zusätzliche elektrische Isolierung zwischen Kühlkörper und Abfluss erfordert (was ineffizient ist und ein zusätzliches Teil hinzufügt).

Antworten (3)

Aus dem gleichen Grund, aus dem Bipolartransistoren durch den Kollektor gekühlt werden. Wenn der Transistor fertig ist, ist das der große Anschluss auf der Rückseite des Chips. Die Source oder der Emitter in BJTs ist ein Netz aus kleinen Anschlüssen, die mit den Gate- oder Basisanschlüssen auf der Oberseite des Chips durchsetzt sind. Es ist einfach das einzige praktische Terminal, mit dem man sich verbinden kann.

Denn der Kühlkörper bildet einen parasitären Kondensator. Wenn der Mosfet schaltet, können große Ströme durch ihn fließen. Wenn Sie es erden, haben Sie aufgrund der größeren Fläche der Masseebene nur seine Kapazität verbessert. Jetzt kann es auch mit allem innerhalb des Schutzrings des MOSFET koppeln. Wenn Sie den Kühlkörper an die Quelle anschließen, wird er auch direkt mit den Leistungsebenen verbunden.

Behandeln Sie den Kühlkörper wie ein Gehäuse. Verbinden Sie ein leitendes Gehäuse nicht an mehreren Stellen direkt mit Masse, um Strompfade zu vermeiden. Sie verwenden Kondensatoren, um die Stromschleifen zu blockieren. Aus diesem Grund verwenden Sie eine separate Ebene für die Wärmeableitung und verbinden diese über Kondensatoren für die EMV (HF-Bonding). Eine ausführliche Diskussion finden Sie hier.

PS Bei schnell schaltenden Anwendungen kann der Kühlkörper einen erheblichen Strom aufnehmen / abgeben, selbst wenn er erdfrei ist. Ich habe Schaltungen mit ein paar Verstärkern gesehen.

Und warum sollte es vorteilhaft sein, diese parasitäre Kapazität am Drain statt an der Source zu platzieren?
@Junius, weil die Quelle direkt mit Masse (oder Strom) verbunden ist. Dadurch wird der Kühlkörper direkt mit den Leistungsebenen verbunden. Jetzt kann der Kühlkörper die gesamte Leistungsebene verwenden, wie in der Antwort beschrieben. Wenn der Kühlkörper stattdessen mit dem Drain verbunden ist, können Sie eine separate Ebene zur Wärmeableitung verwenden und diese für EMV-Zwecke über Kondensatoren mit der Masseebene verbinden.
Hm, das ist interessant. Darüber habe ich noch nie nachgedacht. Trotzdem sehe ich nicht so viele Anwendungen, bei denen Entkopplungskondensatoren am Drain platziert werden, denn wenn Sie eine Last schnell schalten möchten, verlangsamt diese Kapazität tatsächlich den Schaltfortschritt und erhöht daher die Leistungsverluste?
@Junius Sie verwenden winzige Kondensatoren. Sie müssen die hohen Resonanzfrequenzen des Kühlkörpers entkoppeln, um zu verhindern, dass er als Antenne fungiert. Dies hat im Allgemeinen keinen Einfluss auf die Schaltgeschwindigkeit des Mosfets.
Haben Sie einen Anwendungshinweis oder eine Referenzschaltung, in der das, was Sie vorschlagen, in der Praxis umgesetzt wird? Ich kenne keine Schaltungen, bei denen EMV-relevante Kappen direkt am Drain sitzen, sondern eher hinter einer Art Snubber- oder Klemmschaltung ... Wäre aber für mich interessant!
@Junius Ich habe meine Antwort so bearbeitet, dass sie einen Link zu einer ausführlicheren Diskussion zu diesem Thema enthält. Siehe Seite 3-4.

Bringen Sie für ein verbessertes Wärmemanagement den Wärmeabfuhrpfad an dem Bereich des Siliziums an, wo Wärme (I*V) erzeugt wird. Die Wärmeleitfähigkeit von Silizium beträgt 150 Watt/Meter * Grad C. Für einen Kubikmeter Silizium. Für einen Kubikzentimeter legt die Wärme nur 1 cm zurück, aber die Fläche zum Leiten der Wärme ist von einem Quadratmeter auf 0,01 * 0,01 Quadratmeter gesunken. Das Ergebnis ist ein Abfall der Wärmeleitfähigkeit auf 1,5 Watt/Grad C ----- wenn die Wärme den gesamten Zentimeter zurücklegen muss. Siliziumwafer sind 300 Mikrometer (0,3 mm) dick, daher beträgt ThermCond 5 Watt/Grad C. Indem wir Wärme in der Nähe ihres Erzeugungsbereichs entfernen, können wir diese halbieren. Aber das führt zu schwebenden Kühlkörpern.

Was passiert, wenn der Kühlkörper schwebt und sich mit einer gewissen Schwenkgeschwindigkeit bewegt?

Wie stark ist dieser Übergangsstrom vom Kühlkörper zur "Masse"? und welche deltaVoltage über eine 10-nH-Induktivität? (1cm Rückweg)

Nehmen Sie an, dass der Kühlkörper 10 cm x 5 cm groß ist; nehmen Sie 20 mil zwischen den Schichten oder 500 Mikron an. Angenommen Er = 5. Kapazität C = E0*Er*Fläche/Entfernung wird

9e-12 * 5 * 10 cm * 5 cm/0,5 Millimeter = 45e-12 * 50 * 0,0001 / 0,5 * 0,001 = 450 pF

Angenommen, 200 Volt in 200 Nanosekunden transient am FET-Drain.

I = C * dV/dT = 450 pF * 1e+9 = 0,45 A, mit Trise von 10 Nanosekunden (der FET schaltet sich wahrscheinlich in 10 nS ein, obwohl das Schwenken 200 ns dauert).

Was ist der "Boden" verärgert? V = L * dI/dT = 10 nH * 0,45 A/10 n Sek. = 450 Millivolt

Warum haben oberflächenmontierte Mosfets das Kühlkörperpad eher am Drain als an der Source? (N-Kanal)
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v