MOSFET的封装形式

1、mosfet的封装形式封装技术也直接影响到芯片的性能和品质，对同样的芯片以不同形式的封装，也能提高芯片的性能。所以芯片的封装技术是非常重要的。 以安装在pcb的方式区分，功率mosfet的封装形式有插入式（through hole）和表面贴装式（surface mount）二大类。插入式就是mosfet的管脚穿过pcb的安装孔焊接在pcb上。表面贴装则是mosfet的管脚及散热法兰焊接在pcb表面的焊盘上。 常见的直插式封装如双列直插式封装（dip），晶体管外形封装（to），插针网格阵列封装（pga）等。型的表面贴装式如晶体管外形封装（d-pak），小外形晶体管封装（sot

2、），小外形封装（sop），方形扁平封装（qfp），塑封有引线芯片载体（plcc）等等。 电脑主板一般不采用直插式封装的mosfet，本文不讨论直插式封装的mosfet。 一般来说，“芯片封装”有2层含义，一个是封装外形规格，一个是封装技术。对于封装外形规格来说，国际上有芯片封装标准，规定了统一的封装形状和尺寸。封装技术是芯片厂商采用的封装材料和技术工艺，各芯片厂商都有各自的技术，并为自己的技术注册商标名称，所以有些封装技术的商标名称不同，但其技术形式基本相同。我们先从标准的封装外形规格说起。to封装to（transistor out-line）的中文意思是“晶体管外形”。这是早期的封

3、装规格，例如to-92，to-92l，to-220，to-252等等都是插入式封装设计。近年来表面贴装市场需求量增大，to封装也进展到表面贴装式封装。 to252和to263就是表面贴装封装。其中to-252又称之为d-pak，to-263又称之为d2pak。-pak封装的mosfet有3个电极，栅极（g）、漏极（d）、源极（s）。其中漏极（d）的引脚被剪断不用，而是使用背面的散热板作漏极（d），直接焊接在pcb上，一方面用于输出大电流，一方面通过pcb散热。所以pcb的d-pak焊盘有三处，漏极（d）焊盘较大。sot封装sot（small out-line transis

4、tor）小外形晶体管封装。这种封装就是贴片型小功率晶体管封装，比to封装体积小，一般用于小功率mosfet。常见的规格如上。主板上常用四端引脚的sot-89 mosfet。 sop封装sop（small out-line package）的中文意思是“小外形封装”。sop是表面贴装型封装之一，引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(l 字形)。材料有塑料和陶瓷两种。sop也叫sol 和dfp。sop封装标准有sop-8、sop-16、sop-20、sop-28等等，sop后面的数字表示引脚数。mosfet的sop封装多数采用sop-8规格，业界往往把“p

5、”省略，叫so（small out-line ）。 so-8采用塑料封装，没有散热底板，散热不良，一般用于小功率mosfet。so-8是philip公司首先开发的，以后逐渐派生出tsop（薄小外形封装）、vsop（甚小外形封装）、 ssop（缩小型sop）、tssop（薄的缩小型sop）等标准规格。 这些派生的几种封装规格中，tsop和tssop常用于mosfet封装qfn-56封装qfn（quad flat non-leaded package）是表面贴装型封装之一，中文叫做四边无引线扁平封装，是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料作为密

6、封材料的新兴表面贴装芯片封装技术。现在多称为lcc。qfn是日本电子机械工业会规定的名称。封装四边配置有电极接点，由于无引线，贴装占有面积比qfp小，高度比qfp低。这种封装也称为lcc、pclc、plcc等。qfn本来用于集成电路的封装，mosfet不会采用的。intel提出的整合驱动与mosfet的drmos采用qfn-56封装，56是指在芯片背面有56个连接pin。最新封装形式 由于cpu的低电压、大电流的发展趋势，对mosfet提出输出电流大，导通电阻低，发热量低散热快，体积小的要求。mosfet厂商除了改进芯片生产技术和工艺外，也不断改进封装技术，在与标准外形规格兼容的基础上，提出新

7、的封装外形，并为自己研发的新封装注册商标名称。 下面分别介绍主要mosfet厂商最新的封装形式。 瑞萨（renesas）的wpak、lfpak和lfpak-i 封装wpak是瑞萨开发的一种高热辐射封装，通过仿d-pak封装那样把芯片散热板焊接在主板上，通过主板散热，使小形封装的wpak也可以达到d-pak的输出电流。wpak-d2封装了高/低2颗mosfet，减小布线电感。lfpak和lfpak-i是瑞萨开发的另外2种与so-8兼容的小形封装。lfpak类似d-pak比d-pak体积小。lfpak-i是将散热板向上，通过散热片散热。 威世power-pak和polar-pak封装&#

8、160;power-pak是威世公司注册的mosfet封装名称。power-pak包括有power-pak1212-8、power-pak so-8两种规格。polar pak是双面散热的小形封装。 安森美的so-8和wdfn8扁平引脚封装安美森半导体开发了2种扁平引脚的mosfet，其中so-8兼容的扁平引脚被很多主板采用。菲利普（philps）的lfpak和qlpak封装首先开发so-8的菲利普也有改进so-8的新封装技术，就是lfpak和qlpak。意法（st）半导体的powerso-8封装 法意半导体的so-8改进技术叫做power so-8。飞兆（fai

9、rchild）半导体的power 56封装国际整流器（ir）的direct fet封装 direct fet封装属于反装型的，漏极（d）的散热板朝上，并覆盖金属外壳，通过金属外壳散热。内部封装技术 前面介绍的最新封装形式都是mosfet的外部封装。这些最新封装还包括内部封装技术的改进，尽管这些新封装技术的商标名称多种多样，其内部封装技术改进主要有三方面：一是改进封装内部的互连技术，二是增加漏极散热板，三是改变散热的热传导方向。 封装内部的互连技术:早期的标准封装，包括to，d-pak、sot、sop，多采用焊线式的内部互连，在cpu核心电压较高，电流较小时期，这种

10、封装可以满足需求。当cpu供电进展到低电压、大电流时代，焊线式封装就难以满足了。以标准焊线式so-8为例，作为小功率mosfet封装，发热量很小，对芯片的散热设计没有特别要求。主板的局部小功率供电（风扇调速）多采用这种so-8的mosfet。但用于现代的cpu供电就不能胜任了。这是由于焊线式so-8的性能受到封装电阻、封装电感、pn结到pcb和外壳的热阻等四个因素的限制。 封装电阻 mosfet在导通时存在电阻（rds(on)），这个电阻包括芯片内pn结电阻和焊线电阻，其中焊线电阻占50%。rds(on)是影响mosfet性能的重要因素。 封装电感 内部焊线的引线框封装的栅极、源极和漏极连接处

11、会引入寄生电感。源极电感在电路中将会以共源电感形式出现，对mosfet的开关速度有着重大影响。 芯片pn结到pcb的热阻 芯片的漏极粘合在引线框上,引线框被塑封壳包围，塑料是热的不良导体。漏极的热传导路径是芯片引线框引脚pcb，这么长的路径必然是高热阻。至于源极的热传导还要经过焊线到pcb，热阻更高。 芯片pn结到外壳(封装顶部)的热阻  由于标准的so-8采用塑料包封,芯片到封装顶部的传热路径很差。上述四种限制对其电学和热学性能有着极大的影响。随着电流密度要求的提高,mosfet厂商采用so-8的尺寸规格，同时对焊线互连形式进行改进，用金属带、或金属夹板代替焊线，降低封装电阻、电感

12、和热阻。国际整流器（ir）称之为copper strap技术，威世（vishay）称之为power connect 技术，还有称之为wireless package。据国际半导体报道，用铜带取代焊线后，热阻降低了10-20%，源极至封装的电阻降低了61%。特别一提的是用铜带替换14根2-mil金线，芯片源极电阻从1.1 mw 降到 0.11 m。漏极散热板 标准so-8封装采用塑料把芯片全部包围，低热阻的热传导通路只是芯片到pcb的引脚。底部紧贴pcb的是塑料外壳。塑料是热的不良导体，影响漏极的散热。封装的散热改进自然是除去

13、引线框下方的塑封混合物，让引线框金属结构直接（或者加一层金属板）与pcb接触,并焊接到pcb焊盘上。它提供了大得多的接触面积,把热量从芯片上导走。这种结构还有一个附带的好处,即可以制成更薄的器件,因为塑封材料的消除降低了其厚度。世的power-pak，法意半导体的power so-8，安美森半导体的so-8 flat lead，瑞萨的wpak、lfpak，飞兆半导体的power 56和bottomless package都采用这种散热技术。改变散热的热传导方向 power-pak封装显著减小了芯片到pcb的热阻，实现芯片到pcb的高效率传热。不

14、过，当电流的需求继续增大时，pcb也将出现热饱和，因此散热技术的进一步改进是改变散热方向，让芯片的热量传导到散热器而不是pcb。瑞萨的lfpak-i 封装，国际整流器的direct fet封装就是这种散热技术。 整合驱动ic的drmos 传统的主板供电电路采用分立式的dc/dc降压开关电源，分立式方案无法满足对更高功率密度的要求，也不能解决较高开关频率下的寄生参数影响问题。随着封装、硅技术和集成技术的进步，把驱动器和mosfet整合在一起，构建多芯片模块（mcm）已经成为现实。与分立式方案相比，多芯片模块可以节省相当可观的空间并提高功率密度，通过对驱动器和mosfet的优化提高电能转换效率以及优质的dc电流。这就是称之为drmos的新一代供电器件。drmos的主要特点是： - 采用qfn56无脚封装，热阻抗很低。 - 采用内部引线键合以及铜夹带设计，尽量减少外部pcb布线，从而降低电感和电阻。 -