MOSFET的封装技术图解大全.docx
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MOSFET的封装技术图解大全
MOSFE的封装技术图解大全
主板MOSFET的封装技术图解大全
主板的供电一直是厂商和用户关注的焦点，视线从供电相数开始向MOSFE器
件转移。
这是因为随着MOSFE技术的进展，大电流、小封装、低功耗的单芯片MOSFE以及多芯片DrMO齐始用在主板上，新的功率器件吸引了主板用户的眼球。
本文将对主板采用的MOSFE器件的封装规格和封装技术作简要介绍。
MOSFE芯片制作完成后，需要封装才可以使用。
所谓封装就是给MOSFET芯片加一个外壳，这个外壳具有支撑、保护、冷却的作用，同时还为芯片提供电气连接和隔离，以便MOSFE器件与其它元件构成完整的电路。
芯片的材料、工艺是MOSFE性能品质的决定性因素，MOSFE厂商自然注重芯片内核结构、密度以及工艺的改进，以提高MOSFE的性能。
这些技术改进将付出很高的成本。
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MOSFE的封装形式有插入式（ThroughHole）和表面贴装式（SurfaceMount）二大类。
插入式就是MOSFE的管脚穿过PCB的安装孔焊接在PCB±0表面贴裝则是MOSFE的管脚及散热法兰焊接在PCB表面的焊盘上。
常见的直插式圭寸装如双列直插式圭寸装（DIP），晶体管外形圭寸装（TO），插针网格阵列封装（PGA等。
取列直描式封装（DIP）界障管外形封装（TO>插针网惜阵列封SCPGA）
插入式封装
典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，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。
外带小外理屜1*曹小力阳封芸方燮扁平式封畫堡詞有引线芯片戳体
（D-PAK）CSOD（SOP）（QFP）（PLCC）
9!
面贴装式封装
电脑主机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。
一、标准封装规格
1、TO封装
TO（TransistorOut-line）的中文意思是“晶体管外形”。
这是早期的封装规格，例如TO-92,TO-92L，TO-22O,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。
T0-247TO-2；0Sup*rTO-220/24-7TO-252；D-PAKTO^fi3/D2PAK
TO封装的逬展
TO252和TO263就是表面贴装封装。
其中TO-252又称之为D-PAKTO-263又称之为D2PAK
D-PAK封装的MOSFE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。
D-PAK（TO-252）封装
2、SOT封装
SOT（SmallOut-LineTransistor）小外形晶体管圭寸装。
这种圭寸装就是
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常见的规格有：
SOT封装
主板上常用四端引脚的SOT-89MOSFET
SOT89封装
3、SOF封装
SOP（SmallOut-LinePackage）的中文意思是“小外形圭寸装”。
SOF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。
SOF也叫SOL和DFFSOF封装标准有SOF-8SOF-16SOF-20SOF-28等等，SOF后面的数字表示引脚数。
MOSFE的SOF封装多数采用SOP-8规格，业界往往把“P”省略，叫SO（SmallOut-Line）。
SOP-8封装
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
S0-8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、TSSO（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TSSO常用于MOSFE封装。
5、QFN-56封装
QFN（QuadFlatNon-leadedpackage）是表面贴装型圭寸装之一，中文叫做四边无引线扁平封装，是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料作为密封材料的新兴表面贴装芯片封装技术。
现在多称为LCCQFN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
QFPf氐。
这种封装也称为LCGPCLCP-LCC等。
QFN本来用于集成电路的封装，MOSFE不会采用的。
Intel提出的整合驱动与MOSFE的DrMO采用QFN-56封装,56是指在芯片背面有56个连接Pin。
二、最新封装形式
由于CPU勺低电压、大电流的发展趋势，对MOSFE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。
MOSFE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MOSFE厂商最新的封装形式。
1、瑞萨（RENESAS的WPAKLFPAK和LFPAK-I封装
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WPAK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WPA也可以达到D-PAK的输出电流。
WPAK-D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。
LFPAK/LFPAK-i封装陆曼
2、威世（Vishay）的Power-PAK和Polar-PAK封装
Power-PAK是威世公司注册的MOSFE封装名称。
Power-PAK包括有Power-PAK1212-8Power-PAKSO-8两种规格。
PolarPAK是双面散热的小形封装。
PowerPAK1212-8封装•馳血聞甘技术［力率mq^fet
4為•fftlBFaPoweiPAKigg椅色*3、安森美（Onsem）的S0-8和WDFN扁平引脚（FlatLead）封装
安美森半导体开发了2种扁平引脚的MOSFET其中S0-8兼容的扁平引脚被很多主板采用。
4、菲利普（Philps）的LFPAK和QLPAK寸装
首先开发S0-8的菲利普也有改进S0-8的新封装技术，就是LFPAK和
QLPAK
LFPAK（SOT669）封装
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QLPAK（SOT685-l）il装
5、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PowerSO-8。
6、飞兆（Fairchild）半导体的Power56圭寸装
飞兆半导体的SO-8改进技术叫做Power56
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PCB
6、国际整流器（IR）的DirectFET封装
DirectFET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。
DirectFET封装
三、内部封装技术
前面介绍的最新封装形式都是MOSFE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。
1、封装内部的互连技术
早期的标准封装，包括TO,D-PAKSOTSOP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MOSFE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。
（b）
£0-8内邮封蠶结樹
封装电阻
MOSFE■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MOSFE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MOSFE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一引线框一引脚一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,MOSFE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、电感和热阻
标准型SO-8
国际整流器（IR）称之为CopperStrap技术，威世（Vishay）称之为PowerConnect技术，还有称之为WirelessPackage。
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。
降到0.11mm
2、漏极散热板
标准S0-8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。
威世的Power-PAK法意半导体的PowerSO-8,安美森半导体的S0-8FlatLead，瑞萨的WPAKLFPAK飞兆半导体的Power56和BottomlessPackage都采用这种散热技术。
威世Power-PAK1S术
3、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。
不过，当电流的需求继续增大时，PCE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
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四、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MOSFE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MOSFE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勺新一代供电器件。
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
彳氐电感和电阻。
-采用先进的深沟道硅（trenchsilicon）MOSFET工艺，显著降低传导、开关和栅极电荷损耗。
-兼容多种控制器，可实现不同的工作模式，支持APS（AutoPhaseSwitching）。
-针对目标应用进行设计的高度优化
五、MOSFE发展趋势
伴随计算机技术发展对MOSFE的要求，MOSFE封装技术的发展趋势是性能方面高输出、高密度、高频率、高效率，体积方面是更趋向小形化。
下图是瑞萨提供的低压MOSFE封装发展趋势图。
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