成为拥有核心技术的半导体元器件供应商和解决方案商
电话咨询: +86 18926567115

新闻资讯

知识专栏

用于提高汽车电子功率密度的创新MOSFET封装

作者: 浮思特科技2024-05-21 14:13:47

  由于 mosfet 在电源管理设计中提供关键的开关功能,因此选择具有物理、热和电气属性优化平衡的器件对于提高功率密度至关重要。功率 MOSFET 封装的最新创新提高了性能,并以极其紧凑的外形提供了坚固性。

MOSFET

  导通电阻最小化

  传统晶体管外形 (TO) 封装为需要数百瓦至数千瓦额定功率的动力系统应用提供了经过验证的解决方案。采用 TO 封装的产品通常使用铝 (AI) 线将MOSFET硅的“源极”连接 到端子。这种类型的结构有其局限性,特别是对于 R DS面积非常低的最新技术而言。

  例如,采用铝线的 7 引脚 D2PAK 中最先进的 40 V 器件的硅电阻和封装电阻之间的比例为 33% 至 67%。因此,固有的限制阻碍了更好的MOSFET产品的创造。

mosfet

  随着半导体行业不断减少 R DS技术领域,封装也需要创新以更好地补充硅。新的封装结构用用于表面贴装封装的无线键合 (BWL) 互连取代了铝线。在 BWL 架构中,MOSFET 的源极和栅极通过两个金属夹连接到端子。这种双夹结构通过有限元分析进行了优化,以减少芯片和引线上的应力,同时最大限度地减少电阻和电感。

  源极夹有效扩大了传导电流的横截面积,使封装电阻低至 0.1 mΩ,从而将封装对总电阻的贡献降低至 23 % 或更低。结合最新的硅片,低压器件可以轻松实现 微欧姆范围内的R DS(ON) 。

mosfet

  金属源夹还充当散热片,以改善封装的热传递。此外,用于 BWL 封装的晶圆被研磨至 50 µm 厚,以实现更低的 R DS(ON) 和卓越的热性能。

mosfet

  提高性能和效率

  由于 P = I 2 *R,给定电流 (I) 的传导功率损耗 (P) 可以通过具有较低的 R DS(ON) 值来降低。随着功率损耗使结温升高,R DS(ON)也会随着器件变热而升高。降低功率损耗可以使 BWL 封装中的器件保持较低温度,并防止 R DS(ON) 随着负载电流的增加而快速增加。

mosfet-innovations-for-increasing-the-power-density-of-auto-electronics-fig5.webp_100%.jpg

  由于 BWL 结构最大限度地降低了整体电阻,因此采用 8 mm x 8 mm 封装的最佳 40 V 器件比我们产品组合中最佳的 D2PAK 产品温度低 40°C。此外,更小的封装占用更少的 PCB 空间,有助于实现更高的功率密度。

mosfet

  对于液泵或动力转向系统等动力系统应用,较低的传导损耗意味着较低的工作温度,并降低热管理系统的复杂性以节省成本。

  PCB 占地面积减少并增强板级可靠性

  BWL 结构目前适用于各种表面贴装封装类型,包括 PowerPAK 8x8L、8x8LR、SO-8L 和 1212-8SLW。这些封装在底部或顶部均有裸露的漏极焊盘,以实现更好的热传递。这些封装的典型占位面积范围从 8x8LR 的 80.34 平方毫米到 1212-8SLW 的 10.89平方毫米。

  与传统 TO 封装相比,使用 PowerPAK 封装进行设计需要更少的 MOSFET PCB 空间。千瓦级以上的高功率应用通常需要多个大型芯片 MOSFET,例如 D2PAK。这些 TO 封装的尺寸至少为 160 mm 2 ,并联配置时会占用大量电路板空间。相比之下,PowerPAK 8x8L 的占地面积仅为 64.8 mm 2。当 PCB 上放置数十个器件时,小尺寸和较轻封装重量的优势变得更加显着。

  顶部冷却的 PowerPAK 8x8LR 的封装尺寸稍大,为 83.36 mm 2,并且该封装比 D2PAK 占用的 PCB 空间少 50%。封装顶部暴露的排水垫允许热量直接向上迁移到散热器或外壳。

mosfet

  新型 PowerPAK 的一大显着特点是其鸥翼形引线,其设计目的是最大程度地消除应力和实现卓越的板级可靠性。在开发阶段,封装经过严格的老化和压力测试,例如测试板上的功率温度循环或振动测试。用于封装的专有模塑料具有定制特性,可最大限度地减少 CTE 不匹配并减少热循环产生的应力。鸥翼式引线经过精心设计,可最大程度地消除机械应力。因此,该封装旨在实现高板级可靠性并可降低退货率。

  顶部冷却封装

  选择在高电流下运行的动力系统应用通常需要利用金属外壳或散热器来消除组件功率损耗产生的热量。为了利用这种热管理设计,理想的 MOSFET 应具有低热阻接口以满足散热器的要求。一种解决方案是最新的 PowerPAK 8 x 8 LR 封装,它提供顶部冷却功能并针对散热进行了优化。

mosfet封装

  漏极焊盘位于封装顶部,提供从封装顶部到散热器的直接热路径,界面处具有导热膏或间隙填充物。热量可以向上逸出至散热器并远离 PCB。由于主要的热路径是散热器,因此 PCB 处理的热传递较少,并且可以使用更小的元件,从而最终降低 PCB 成本。由于散热器更有效地带走热量,系统运行温度更低,并且能够以更高的功率密度运行。

mosfet

  对于大多数漏极位于底部的 MOSFET 封装,热量将通过漏极焊盘推入 PCB 并消散至散热器。该路径包括几种串联的热阻材料。MOSFET 的 PCB 区域还需要通孔以实现热传递。

  反向封装还具有鸥翼引线,旨在最大程度地缓解应力。引线的灵活性允许在热应力和机械应力的情况下发生膨胀和收缩。虽然该封装的导通电阻低至 0.54 mΩ(8 x 8 LR,V DS = 40 V),但整体结构坚固耐用,可实现高板级可靠性,从而最大限度地减少现场回报。

  要点——更小、更坚固、更节能

  采用 BWL 结构的新型 PowerPAK 封装发挥了硅的最佳性能,并且比同类 TO 封装的器件重量更轻。由此产生的产品提高了效率并实现了更高的功率密度,因此汽车电子系统 可以更加节能。新 PowerPAK 系列的优点包括:

  PCB 空间显着减少

  封装贡献的电阻最小化,总 R DS(ON) 在微欧范围内

  针对散热进行优化的顶部冷却 PowerPAK,可进一步减小 PCB 整体尺寸

  鸥翼形引线设计提高了板级可靠性,延长了产品使用寿命并减少了故障机会

  PowerPAK 封装系列具有更好的电气特性和耐用性,可提高功率密度并增强设计的可靠性。

浮思特科技深耕功率器件领域,为客户提供IGBTIPM模块等功率器件以及MCU和触控芯片,是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商。

电话咨询
电话咨询:18926567115
微信咨询

人工咨询

微信扫一扫

线上商城
购买样品
技术支持
技术支持
回到顶部