功率器件(6)

2019-05-18 23:26

SOT-23

TO-252

针对这些问题,封装的改进是必然的。

封装的改进可以对原技术在内连接结构上进行。其一,使用更昂贵的高导电性金属作为引线,例如Cu,Au。然而在功率元件成本变得越发低廉的今天,使用过于昂贵的金属是不合时宜的,例如已经基本没有厂商使用像Au这种贵重的金属了,能在高性能系列产品里使用Cu已经很难得,大多数产品依然使用Al。

其二,既然细细的键合引线无法承受更大的电流,使用更粗的物体连接便可以解决封装电阻的问题。目前常见的技术是桥夹技术(clipbond),金属桥拥有比金属线更宽的截面积,因此电阻也更低,也改善了导热能力。将SOP和TO中的引线更换为桥夹之后,这些传统

的封装也能在一定程度上适应更高性能元件。要知道研发新型封装技术和配套的制造工艺以及购买相关制造设备开生产线是非常巨大的投资。而在集成度更高的一些器件,例如整合有门驱动甚至PWM的功率元件的中,倒装芯片技术(Flipbond)则应用得更普遍。

对于内连接的改进,从封装上改进显得更彻底一些。SOP拥有一个标准的小型化体积,因此在追求高功率密度的今天这样的体积是很受欢迎的,因此大部分新式封装都围绕着SOP进行,尽管新型封装看上去不一定“像”SOP,但是体积总是相当的。 JEDEC code.MO-235,LFPAK

MO-235是JEDEC的技术标准,它规定了该型元件的外形尺寸,凡是符合该规范的封装,无论厂家自行命名为何,都会标明该封装符合规范即满足JEDEC标准,焊盘可兼容。当然,MO-235这个生硬的编号后面有一个更为人熟悉的称呼,那就是LFPAK(Loss Free Package)。从LFPAK的外观来看,它其实更像DPAK。内部结构为一个被基板和桥夹夹住上的硅片,底座充当了LFPAK的漏极,而桥夹则作为引出源极和栅极的引脚。由此,底座可以作为向PCB散热的渠道,使得像SOP那样悬空的封装带来的高热阻得以降低,而低矮的封装塑料外壳也使得LFPAK可以使用顶部进行散热,例如附加的散热器。目前,恩智浦和瑞萨科技部署了LFPAK。值得一提的是,LFPAK是唯一一种通过AEC-Q101汽车电子级器件认证的高性能功率半导体封装。

LFPAK及截面图

JEDEC code.MO-240,DFN

尽管LFPAK成功减小了封装体积而且有效解决了热阻问题,但是外部引脚的存在还是带来了各种寄生电感。能不能在LFPAK的基础上再进行改进呢?那就是MO-240。和这个拗口的名字比起来,也许大家更熟悉DFN(Dual Flat No-lead)这个称呼。相对于MO-235,MO-240也使用桥夹技术,并且也拥有一个散热底座,因此MO-240的热阻和MO-235相差无几。而MO-240的最大特点就是无外部引脚。这就在很大程度上缓解了由于外部引脚焊接带来了各种寄生电感,使得功率元件面对更高的开关频率时损耗更小。除此之外,MO-240还有各种体积的衍生封装规格以适应不同的应用领域,例如标准的5×6mm的MO-240,以及3×3mm的小型化版本。由于MO-240的种种优势,使得功率厂商对这种封装兴趣更大,到目前为止,众多功率半导体厂都开发了基于MO-240的封装,如英飞凌的PG-T(S)DSON-8,飞兆的DFN,威世的PowerPAK,意法半导体的PowerFLAT,安森美的SO8-FL,NEC电子的HVSON8,茂达电子的KPAK,万代半导体的DFN,富鼎先进的PMPAK,美格纳的PowerFLAT。

来自安森美的SO8-FL和英飞凌的PG-T(S)DSON-8对比

DirectFET

尽管MO-235和MO-240都在一定程度上的解决了封装热阻和封装寄生电感的问题,但他们的主要散热途径依然是从基座向PCB散发,尽管可以利用顶部散热,但受到塑料导热率的限制而使得这些由SOP发展而来的封装依然显得不是太完美。有没有更好的封装呢?那就是IR的DirectFET。

DirectFET的外观看上去就像一个碟形金属壳,而硅片正是倒装在这个铜壳里的。这样,倒装硅片直接与PCB焊接,而焊接面自然就为源极和栅极,漏极则直接与铜壳连接,铜壳在这里同时充当了封装外壳和封装的漏极引线。IR将DirectFET称为革命性的封装,该封装技术没有使用引线键合或者桥夹,甚至没有传统意义上的“引脚”,而这些正是封装电阻的主要来源。同时,创新性的漏极铜外壳允许RD将下桥外壳作为PCB印制线使用,大面积的


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