¿Por qué los mosfets de montaje en superficie tienen la almohadilla del disipador de calor en el drenaje en lugar de la fuente? (canal N)

En muchos N-mosfets de potencia de montaje en superficie, he visto que la almohadilla grande es eléctricamente la almohadilla de drenaje.

¿No tendría más sentido disipar el calor en el plano de tierra, donde probablemente ya tenga mucho cobre? Parece que hacer que la "almohadilla del disipador de calor" se drene solo aumenta la cantidad total de cobre/espacio usado en la placa. ¿Por qué diseñarlos de modo que tenga que agregar un relleno grande adicional, o tal vez muchos, separados para el calor?

Normalmente, el orificio pasante usa el drenaje para la pestaña al igual que los BJT usan el colector para la pestaña. Sería conveniente si la fuente fuera la pestaña en más casos que el drenaje. tener fuente según el caso.
Térmicamente, es un error pensar que el plano de tierra es importante para un mosfet de potencia.
@Gregory Kornblum: De acuerdo, pero incluso si dice que siempre agregará algún tipo de disipador de calor de todos modos, ¿no sería mucho más conveniente que ese disipador de calor esté conectado a tierra? Conectar la "almohadilla del receptor" a la fuente facilitaría la conexión de una caja de metal eléctricamente conectada a tierra (si la conexión a tierra de la caja es la misma que la conexión a tierra del circuito). O si tiene un disipador de calor separado, no desea que tenga un potencial sin conexión a tierra, por lo que esta configuración requiere un aislamiento eléctrico adicional entre el disipador de calor y el drenaje (que es ineficiente y agrega una parte adicional).

Respuestas (3)

Por la misma razón que los transistores bipolares se disipan térmicamente a través del colector. Cuando se hace el transistor, ese es el terminal grande en la parte posterior de la matriz. La fuente, o emisor en los BJT, es una malla de pequeños terminales intercalados con los terminales de puerta o base en la parte superior de la matriz. Es simplemente el único terminal práctico para conectarse.

Porque el disipador de calor forma un condensador parásito. Cuando el mosfet cambia, pueden pasar grandes corrientes a través de él. Si lo conecta a tierra, acaba de mejorar su capacitancia debido al área más grande del plano de tierra. Ahora también puede acoplarse a cualquier cosa dentro del anillo de protección del MOSFET. Si conecta el disipador de calor a la fuente, también se conectará directamente a los planos de potencia.

Trate el disipador de calor como lo haría con un gabinete. No conecta un recinto conductor directamente a tierra en múltiples puntos para evitar rutas de corriente. Utiliza condensadores para bloquear los bucles de corriente. Es por eso que usa un plano separado para la disipación térmica y lo conecta a tierra a través de capacitores para EMC (unión de RF). Una discusión más detallada se puede encontrar aquí.

PS Para aplicaciones de conmutación rápida, el disipador de calor puede absorber/generar una corriente significativa, incluso si está flotando. He visto circuitos con algunos amperios atravesándolos.

¿Y por qué debería ser beneficioso poner esa capacitancia parásita en el drenaje en lugar de en la fuente?
@Junius porque la fuente está directamente conectada a tierra (o alimentación). Esto conecta directamente el disipador de calor a los planos de potencia. Ahora el disipador de calor puede usar todo el plano de potencia como se explica en la respuesta. Si el disipador de calor está conectado al drenaje, puede usar un plano separado para disipar el calor y conectarlo al plano de tierra a través de condensadores para propósitos de EMC.
Mmm, eso es interesante. Nunca he pensado en eso. Aún así, no veo muchas aplicaciones en las que los condensadores de desacoplamiento se colocan en el drenaje porque si desea cambiar una carga rápidamente, ¿esa capacitancia en realidad ralentiza el progreso de conmutación y, por lo tanto, aumenta las pérdidas de energía?
@Junius usas pequeños condensadores. Debe desacoplar las altas frecuencias de resonancia del disipador de calor para evitar que actúe como una antena. Esto generalmente no afecta la velocidad de conmutación del mosfet.
¿Tienes alguna nota de aplicación o circuito de referencia donde se haga en la práctica lo que sugieres? No conozco circuitos donde las tapas relacionadas con EMC estén ubicadas directamente en el drenaje, sino después de algún tipo de circuito de amortiguación o sujeción ... ¡Sin embargo, sería interesante para mí!
@Junius Edité mi respuesta para incluir un enlace a una discusión más detallada sobre el tema. Consulte la página 3-4.

Para mejorar la gestión térmica, conecte la ruta de eliminación de calor a la región del silicio donde se genera el calor (I*V). La conductividad térmica del silicio es de 150 vatios/metro * grado C. Para un metro cúbico de silicio. Por un centímetro cúbico, el calor viaja solo 1 cm, pero el área para conducir el calor se ha reducido de un metro cuadrado a 0,01*0,01 metros cuadrados. El resultado es que la conductividad térmica cae a 1,5 vatios/grado C ----- si el calor tiene que viajar todo ese centímetro. Las obleas de silicio tienen un grosor de 300 micras (0,3 mm), por lo que ThermCond es de 5 vatios/grado C. Al eliminar el calor más cercano a su región de generación, podemos reducirlo a la mitad. Pero eso da como resultado disipadores de calor flotantes.

¿Qué sucede cuando el disipador de calor está flotando y moviéndose con cierta velocidad?

¿Qué tan severa es esa corriente transitoria del disipador de calor a "tierra"? ¿Y qué deltaVoltage a través de un inductor de 10nH? (1 cm de camino de retorno)

Suponga un disipador de calor de 10 cm por 5 cm; suponga 20 mils entre capas, o 500 micrones. Suponga que Er = 5. La capacitancia C = E0*Er*Área/Distancia se convierte en

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

Asumiendo 200 voltios en 200 nanosegundos transitorios en el drenaje FET.

I = C * dV/dT = 450 pF * 1e+9 = 0,45 amperios, con Trise de 10 nanosegundos (el FET probablemente se enciende en 10 nS, aunque la oscilación dura 200 ns).

¿Qué es el "terreno" trastornado? V = L * dI/dT = 10nH * 0.45amp/10nSec = 450 milivoltios

¿Por qué los mosfets de montaje en superficie tienen la almohadilla del disipador de calor en el drenaje en lugar de la fuente? (canal N)
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