5、意法(ST)半導(dǎo)體PowerSO-8封裝
意法半導(dǎo)體功率MOSFET芯片封裝技術(shù)有SO-8、PowerSO-8、PowerFLAT、DirectFET、PolarPAK等,其中PowerSO-8正是SO-8的改進(jìn)版,此外還有PowerSO-10、PowerSO-20、TO-220FP、H²PAK-2等封裝。
意法半導(dǎo)體Power SO-8封裝
6、飛兆(Fairchild)半導(dǎo)體Power 56封裝
Power 56是Farichild的專用稱呼,正式名稱為DFN 5×6。其封裝面積跟常用的TSOP-8不相上下,而薄型封裝又節(jié)約元件凈空高度,底部Thermal-Pad設(shè)計(jì)降低了熱阻,因此很多功率器件廠商都部署了DFN 5×6。
Fairchild Power 56封裝
7、國(guó)際整流器(IR)Direct FET封裝
Direct FET能在SO-8或更小占位面積上,提供高效的上部散熱,適用于計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、電信和消費(fèi)電子設(shè)備的AC-DC及DC-DC功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用。與標(biāo)準(zhǔn)塑料分立封裝相比,DirectFET的金屬罐構(gòu)造具有雙面散熱功能,因而可有效將高頻DC-DC降壓式轉(zhuǎn)換器的電流處理能力增加一倍。
Direct FET封裝屬于反裝型,漏極(D)的散熱板朝上,并覆蓋金屬外殼,通過金屬外殼散熱。Direct FET封裝極大地改善了散熱,并且占用空間更小,散熱良好。
國(guó)際整流器Direct FET封裝
IR Direct FET封裝系列部分產(chǎn)品規(guī)格
內(nèi)部封裝改進(jìn)方向
除了外部封裝,基于電子制造對(duì)MOS管的需求的變化,內(nèi)部封裝技術(shù)也在不斷得到改進(jìn),這主要從三個(gè)方面進(jìn)行:改進(jìn)封裝內(nèi)部的互連技術(shù)、增加漏極散熱板、改變散熱的熱傳導(dǎo)方向。
1、封裝內(nèi)部的互連技術(shù)
TO、D-PAK、SOT、SOP等采用焊線式的內(nèi)部互連封裝技術(shù),當(dāng)CPU或GPU供電發(fā)展到低電壓、大電流時(shí)代,焊線式的SO-8封裝就受到了封裝電阻、封裝電感、PN結(jié)到PCB和外殼熱阻等因素的限制。
SO-8內(nèi)部封裝結(jié)構(gòu)
這四種限制對(duì)其電學(xué)和熱學(xué)性能有著極大的影響。隨著電流密度的提高,MOSFET廠商在采用SO-8尺寸規(guī)格時(shí),同步對(duì)焊線互連形式進(jìn)行了改進(jìn),用金屬帶、或金屬夾板代替焊線,以降低封裝電阻、電感和熱阻。
標(biāo)準(zhǔn)型SO-8與無導(dǎo)線SO-8封裝對(duì)比
國(guó)際整流器(IR)的改進(jìn)技術(shù)稱之為Copper Strap;威世(Vishay)稱之為Power Connect技術(shù);飛兆半導(dǎo)體則叫做Wireless Package。新技術(shù)采用銅帶取代焊線后,熱阻降低了10-20%,源極至封裝的電阻降低了61%。
國(guó)際整流器的Copper Strap技術(shù)
威世的Power Connect技術(shù)
飛兆半導(dǎo)體的Wirless Package技術(shù)
2、增加漏極散熱板
標(biāo)準(zhǔn)的SO-8封裝采用塑料將芯片包圍,低熱阻的熱傳導(dǎo)通路只是芯片到PCB的引腳。而底部緊貼PCB的塑料外殼是熱的不良導(dǎo)體,故而影響了漏極的散熱。
技術(shù)改進(jìn)就是要除去引線框下方的塑封化合物,方法是讓引線框金屬結(jié)構(gòu)直接或加一層金屬板與PCB接觸,并焊接到PCB焊盤上,這樣就提供了更多的散熱接觸面積,把熱量從芯片上帶走;同時(shí)也可以制成更薄的器件。
威世Power-PAK技術(shù)
威世的Power-PAK、法意半導(dǎo)體的Power SO-8、安美森半導(dǎo)體的SO-8 Flat Lead、瑞薩的WPAK/LFPAK、飛兆半導(dǎo)體的Power 56和Bottomless Package都采用了此散熱技術(shù)。
3、改變散熱的熱傳導(dǎo)方向
Power-PAK的封裝雖然顯著減小了芯片到PCB的熱阻,但當(dāng)電流需求繼續(xù)增大時(shí),PCB同時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱飽和現(xiàn)象。所以散熱技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)就是改變散熱方向,讓芯片的熱量傳導(dǎo)到散熱器而不是PCB。
瑞薩LFPAK-i封裝
瑞薩的LFPAK-I封裝、國(guó)際整流器的Direct FET封裝均是這種散熱技術(shù)的典型代表。
總結(jié)
未來,隨著電子制造業(yè)繼續(xù)朝著超薄、小型化、低電壓、大電流方向的發(fā)展,MOS管的外形及內(nèi)部封裝結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之改變,以更好適應(yīng)制造業(yè)的發(fā)展需求。另外,為降低電子制造商的選用門檻,MOS管向模塊化、系統(tǒng)級(jí)封裝方向發(fā)展的趨勢(shì)也將越來越明顯,產(chǎn)品將從性能、成本等多維度協(xié)調(diào)發(fā)展。
而封裝作為MOS管選型的重要參考因素之一,不同的電子產(chǎn)品有不同的電性要求,不同的安裝環(huán)境也需要匹配的尺寸規(guī)格來滿足。實(shí)際選用中,應(yīng)在大原則下,根據(jù)實(shí)際需求情況來做抉擇。
有些電子系統(tǒng)受制于PCB的尺寸和內(nèi)部的高度,如通信系統(tǒng)的模塊電源由于高度的限制通常采用DFN5*6、DFN3*3的封裝;在有些ACDC的電源中,使用超薄設(shè)計(jì)或由于外殼的限制,適于裝配TO220封裝的功率MOS管,此時(shí)引腳可直接插到根部,而不適于使用TO247封裝的產(chǎn)品;也有些超薄設(shè)計(jì)需要將器件管腳折彎平放,這會(huì)加大MOS管選用的復(fù)雜度。