要提高功率密度，除改进晶圆技术之外，还要提升封装性能-EDA365

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要提高功率密度，除改进晶圆技术之外，还要提升封装性能

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　　Neil Massey，安世半导体国际产品营销经理

　　汽车和工业应用都需要不断提高功率密度。例如，为了提高安全性，新的汽车动力转向设计现在要求双冗余电路，这意味着要在相同空间内容纳双倍的元器件。再举一个例子，在服务器群中，每平方米都要耗费一定成本，用户通常每18个月要求相同电源封装中的输出功率翻倍。如果分立式半导体供应商要应对这一挑战，不能仅专注于改进晶圆技术，还必须努力提升封装性能。

　　总部位于荷兰的安世半导体是分立器件、MOSFET器件、模拟和逻辑集成电路领域的领导者，该公司率先在-功率封装（LFPAK无损封装）内部采用了全铜夹片芯片贴装技术，目的是实现多种技术优势（电流能力、RDSon、热特性等）。

　　专为提高功率密度设计的LFPAK封装系列

　　LFPAK封装系列用于提高功率密度。其主要特点是在封装内部使用了全铜夹片，在外部使用了鸥翼引脚。安世半导体在2002年率先推出LFPAK56封装 - 它是一款功率SO8封装（5mm x 6mm），设计用于替代体积更大的DPAK封装。现在，该公司提供了一系列不同尺寸的封装，包含单双通道MOSFET配置，可涵盖众多不同应用。最近，安世半导体发布了LFPAK88，这是一款8mm x 8mm封装，针对较高功率的应用而设计，可取代体积更大的D²PAK和D²PAK-7封装。

　　图1：LFPAK分立式MOSFET封装系列

　　夹片粘合封装与焊线封装：功率密度优势

　　LFPAK器件的体积小于老式D²PAK和D²PAK-7器件，同时实现了功率密度的明显提升。

　　图2：LFPAK88的占位面积小于D²PAK

　　上图显示了LFPAK88的相对占位面积大小，与D²PAK器件相比减小了60%；另外LFPAK88器件的高度更低，因而总体积减小了86%。

　　LFPAK88之所以能够实现性能和功率密度的提升，是因为它采用了铜夹片封装技术，取代了D²PAK和D²PAK7等封装采用的老式焊线技术。

　　图3：与使用焊线连接的D²PAK与使用铜夹片技术的LFPAK88

　　铜夹片技术的性能优势包括：

　　1.电流（Amp）

　　·焊线是一个制约因素，它决定了器件能够处理的电流大小。在使用D²PAK封装的情况下，使用的焊线的最大直径为500µm（由于连接的T型柱尺寸）。

　　·使用最新Trench 9超级结40V晶圆，安世半导体能够放入D²PAK封装的最大晶圆电流额定值为120A。但是，对于体积更小的LFPAK88封装，由于不受焊线制约，安世半导体目前能够放入该封装的最大晶圆电流额定值为425A。随着公司以后发布更大晶圆的产品，此电流额定值还会提高。［注：这些值来自于测量而并非理论］

　　2.RDS（on）［以mΩ为单位］

　　·在D²PAK中使用的三条500µm直径的焊线增加了MOSFET的总RDS（on）值。

　　·例如，在上述两个器件中使用相同的Trench 9 40V技术平台，安世半导体目前能够放入D²PAK的最大晶圆的RDS（on）值为1.2m？6？8。如果使用体积更小的夹片粘合LFPAK88封装，该值可减少至 0.7m？6？8，这要归功于它没有焊线电阻。［注：0.55m？6？8的LFPAK88器件正在T9平台上开发］。

　　3.寄生源极电感（nH）

　　·在每个开关事件中，必须解决寄生源极电感问题，因为它会降低效率。在需要高频率开关的应用中，例如在DC/DC转换器中，这种效率损失会产生很大影响。

　　源极焊线还会增加总寄生源极电感，再加上D²PAK的长引脚，电感值达到5nH。相比之下，由于LFPAK88没有源极焊线，而且只使用很小的鸥翼引脚，因而电感值仅为1nH。

　　4.电流/热量的热点

　　·当高电流通过器件时，它会集中在焊线连接到晶圆的瓶颈处。这些电流热点可能导致散热/质量问题。

　　·使用LFPAK88，顶部的铜夹片覆盖了更大区域，因此不会产生热点。