ON Semiconductor PCFA86210F N沟道功率MOSFET深度解析

在电子工程师的日常设计工作中，功率MOSFET是不可或缺的关键元件。今天，我们就来深入探讨ON Semiconductor推出的PCFA86210F N沟道功率MOSFET，看看它有哪些独特之处。

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一、产品概述

PCFA86210F是一款150V的N沟道功率MOSFET，由ON Semiconductor生产。它具有低导通电阻、低栅极电荷等特点，适用于多种功率应用场景。

二、产品特性

（一）电气特性

1. 导通电阻：在VGS = 10V时，典型的(R{DS(on)} = 4.8 mOmega)，这意味着在导通状态下，MOSFET的功耗较低，能有效提高电路效率。不过，在实际应用中，由于测试接触精度的限制，裸片级别的精确(R{DS(on)})测试较难实现，其最大(R)规格是根据封装中裸片的历史性能定义的，且生产中不保证通过测试。同时，裸片的(R_{DS(on)})性能还取决于源极线/带键合布局。
2. 栅极电荷：在(V{GS}=10V)时，典型的(Q{g(tot)} = 70 nC)。较低的栅极电荷可以减少开关过程中的能量损耗，提高开关速度。
3. 击穿电压：漏源击穿电压(BVDSS)在(ID = 250A)，(VGS = 0V)的条件下为150V，这为电路提供了较高的耐压能力。

（二）可靠性特性

该产品通过了AEC - Q101认证，并具备PPAP能力，符合RoHS标准，这表明它在汽车等对可靠性要求较高的应用场景中也能稳定工作。

三、产品规格

（一）尺寸规格

• 芯片尺寸为6096 × 4445，锯切后的芯片尺寸为6076 ±15 × 4425 ±15。
• 源极连接区域为5435.3 × 4138，栅极连接区域为318.6 × 520。
• 芯片厚度为203.2 ±25.4。

（二）材料规格

• 栅极和源极采用AlSiCu材料。
• 漏极采用Ti - NiV - Ag（芯片背面）。

（三）封装规格

• 采用PCFA86210F晶圆封装，晶圆在箔上锯切。
• 钝化层为聚酰亚胺，晶圆直径为8英寸，在UV胶带上锯切，不良芯片通过喷墨标记识别。

（四）存储条件

建议存储温度为22 - 28°C，相对湿度为40 - 66%。芯片经过100%探测，以满足在(T_{J}=25^{circ}C)时规定的条件和限制。

四、电气参数

（一）最大额定值

参数	符号	额定值	单位
漏源电压	(VDSS)	150	V
栅源电压	(VGS)	±20	V
连续漏极电流（(RJC)，(VGS = 10V)）	(ID)	(TC = 100°C)：169A (TC = 25°C)：119A	A
单脉冲雪崩能量	(EAS)	502	mJ
功率耗散	(PD)	500	W
25°C以上降额系数	-	3.3	W/°C
工作和存储温度	(TJ, TSTG)	- 55 to + 175	°C
结到壳热阻	(RJC)	0.3	°C/W
结到环境热阻	(RJA)	43	°C/W

需要注意的是，超过最大额定值可能会损坏器件，影响其功能和可靠性。

（二）电气特性

1. 关断特性
   • 漏源击穿电压(BVDSS)在(ID = 250A)，(VGS = 0V)时为150V。
   • 漏源泄漏电流(IDSS)在(VDS = 150V)，(VGS = 0V)，(TJ = 25°C)时为1A，(TJ = 175°C)时为1mA。
   • 栅源泄漏电流(IGSS)在(VGS = ±20V)时为±100nA。
2. 导通特性
   • 栅源阈值电压(VGS(th))在(VGS = VDS)，(ID = 250A)时，最小值为2.0V，典型值为3.0V，最大值为4.0V。
   • 漏源导通电阻(RDS(on))在(ID = 80A)，(VGS = 10V)，(TJ = 25°C)时，典型值为5mΩ，最大值为6.3mΩ；(TJ = 175°C)时，典型值为14mΩ，最大值为17.5mΩ。
3. 动态特性
   • 输入电容(Ciss)在(VDS = 75V)，(VGS = 0V)，(f = 1MHz)时为5805pF。
   • 输出电容(Coss)为536pF，反向传输电容(Crss)为16pF。
   • 栅极电阻(Rg)在(f = 1MHz)时为2.2Ω。
   • 总栅极电荷(Qg(ToT))在(VGS = 0 to 10V)，(VDD = 75V)，(ID = 80A)时为70nC。
4. 开关特性
   • 导通延迟时间(td(on))在(VDD = 75V)，(ID = 80A)，(VGS = 10V)，(RGEN = 6Ω)时为39ns。
   • 上升时间(tr)为30ns，关断延迟时间(td(off))为70ns，下降时间(tf)为23ns。
5. 漏源二极管特性
   • 源漏二极管电压(VSD)在(ISD = 80A)，(VGS = 0V)时为1.25V，(ISD = 40A)，(VGS = 0V)时为1.2V。
   • 反向恢复时间(trr)在(IF = 80A)，(dISD/dt = 100A/s)，(VDD = 120V)时为108ns，反向恢复电荷(Qrr)为323nC。

五、典型特性曲线

文档中给出了多个典型特性曲线，包括归一化功率耗散与壳温的关系、最大连续漏极电流与壳温的关系、归一化最大瞬态热阻抗、峰值电流能力、正向偏置安全工作区、非钳位电感开关能力、转移特性、正向二极管特性、饱和特性、(R{DS(on)})与栅极电压的关系、归一化(R{DS(on)})与结温的关系、归一化栅极阈值电压与温度的关系、归一化漏源击穿电压与结温的关系、电容与漏源电压的关系以及栅极电荷与栅源电压的关系等。这些曲线可以帮助工程师更好地了解该MOSFET在不同工作条件下的性能表现。

六、总结

PCFA86210F N沟道功率MOSFET凭借其低导通电阻、低栅极电荷、高耐压等特性，在功率应用领域具有很大的优势。不过，在实际设计中，工程师需要根据具体的应用场景，综合考虑其电气参数和典型特性，以确保电路的性能和可靠性。同时，也要注意其最大额定值，避免因超过限制而损坏器件。大家在使用这款MOSFET时，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。