為wei了le提ti供gong更geng多duo的de功gong能neng，芯xin片pian變bian得de越yue來lai越yue大da

，但dan是shi相xiang反fan，封feng裝zhuang卻que被bei要yao求qiu以yi更geng小xiao的de尺chi寸cun來lai容rong納na這zhe些xie更geng大da尺chi寸cun的de裸luo片pian。這zhe就jiu不bu可ke避bi免mian地di要yao求qiu
，新xin的de候hou選xuan封feng裝zhuang技ji術shu既ji能neng提ti高gao係xi統tong效xiao率lv又you能neng降jiang低di製zhi造zao成cheng本ben。

 

封裝創新涉及的領域包括更廣泛的額定電流和額定電壓、散熱及故障保護機製等。本文列出了工程師在為半導體器件評估封裝技術特性時需要考慮的關鍵因素。

 

我們從最通常的疑惑開始：小型的封裝尺寸。

 

 

現在
，我們希望IC封裝能夠節省電路板空間，幫助實現更堅固的設計，並通過省去一些外部元器件來降低PCB的組裝成本。因此，業界正在對諸如D2PAK 7的IC封裝技術進行優化，以期以相同的尺寸和引出線容納麵積增加高達20%的裸片。

 

新xin的de封feng裝zhuang設she計ji還hai提ti供gong了le可ke互hu換huan引yin出chu線xian選xuan擇ze，從cong而er最zui大da限xian度du地di利li用yong尺chi寸cun，並bing提ti供gong更geng大da的de設she計ji靈ling活huo性xing。然ran後hou是shi直zhi插cha或huo曲qu插cha引yin腳jiao式shi封feng裝zhuang，這zhe有you助zhu於yu優you化hua電dian路lu板ban空kong間jian和he所suo需xu的de引yin腳jiao分fen離li。

 

業界也正在開發一些閾值電壓在邏輯電平、麵向電池供電設計的新封裝，這樣的封裝使微控製器可以直接驅動諸如MOSFET的功率器件。此舉也相應節省了電路板空間。

 

 

電機驅動器、太陽能逆變器和電源等等產品對功率芯片和模塊的需求在不斷增長，這拉動了在不增加封裝尺寸的條件下對更高功率密度的需求。

 

設計師如何在保持封裝魯棒性和可靠性的同時
，提高功率密度？首先，封裝可以采用更大的引線框架麵積，從而可以容納諸如IGBT的更大的功率芯片。這也實現了較低的封裝熱阻，而有利於改善散熱。

 

以意法半導體（ST）的新係統級封裝（SiP）PWD13F60為例，它將4個功率MOSFET集成在了比同類電路小60%的封裝內（圖1）。PWD13F60封裝集成了麵向功率MOSFET的柵極驅動器

、麵向上側驅動的自舉二極管、交叉傳導保護和欠壓鎖定。

 

圖1：意法半導體的SiP解決方案，麵向工業電機驅動器、燈鎮流器、電源

、轉換器和逆變器應用。

 

關斷電路可保護功率開關，欠壓鎖定可防止低壓故障。同樣
，自舉二極管可減少物料清單（BOM），簡化電路板布局。

 

它ta表biao明ming了le封feng裝zhuang選xuan擇ze對dui於yu最zui大da限xian度du地di提ti高gao能neng效xiao和he適shi應ying廣guang泛fan的de供gong電dian電dian壓ya範fan圍wei為wei何he至zhi關guan重zhong要yao。在zai此ci，還hai值zhi得de指zhi出chu的de是shi
，封feng裝zhuang的de功gong率lv密mi度du與yu散san熱re條tiao件jian的de改gai善shan相xiang輔fu相xiang成cheng。

 

 

由於像IGBT這樣的器件工作在較低溫度可減小器件上的應力，因此封裝的散熱性能與其可靠性存在內在聯係（圖2）。由you於yu溫wen度du較jiao低di所suo需xu的de散san熱re器qi尺chi寸cun就jiu不bu大da，因yin此ci散san熱re特te性xing也ye會hui影ying響xiang散san熱re器qi大da小xiao。此ci外wai
，冷leng卻que要yao求qiu的de降jiang低di也ye為wei設she計ji者zhe在zai增zeng加jia功gong率lv密mi度du方fang麵mian留liu有you更geng大da餘yu地di。

 

圖2：英飛淩的功率模塊封裝采用了熱接口材料（TIM）。

 

有you些xie封feng裝zhuang保bao留liu了le封feng裝zhuang的de尺chi寸cun和he高gao散san熱re效xiao率lv的de底di部bu設she計ji，同tong時shi將jiang頂ding部bu源yuan極ji裸luo露lu作zuo為wei散san熱re區qu。此ci舉ju可ke實shi現xian更geng高gao的de額e定ding電dian流liu值zhi，從cong而er實shi現xian更geng高gao的de功gong率lv密mi度du和he更geng小xiao的de封feng裝zhuang尺chi寸cun。

 

 

用於在封裝內部產生隔離的常規方法通常既昂貴又難以處理。而且，它們遠不足以管理IGBT等高功率密度器件的散熱。

 

因此，英飛淩推出了一種叫做Trenchstop高級隔離的封裝技術（圖3）。這家德國芯片廠家稱，Trenchstop封裝技術可以取代全隔離封裝（FullPAK）以及標準隔離箔。英飛淩將這種新封裝定位於麵向空調的功率因數校正（PFC）、不間斷電源（UPS）和電源轉換器等應用。

 

圖3：右側封裝的發熱量減少了15%。（圖片來源：英飛淩科技）

 

這種隔離封裝不再需要隔離材料和導熱矽脂，從而使設計人員能將裝配時間縮短高達35%。同時，因為不存在隔離箔未對齊的情況
，所以它還提高了可靠性。這也實現了比FullPAK工作溫度低10℃的改進。

 

 

特別是對像工業驅動器等器件中工作頻率高達20kHz的硬開關電路
，為提高封裝效率

，減少開關損耗勢在必行。此外，可靠的開關和低EMI增強了小功率應用中的無散熱器工作。

 

為降低開關損耗，一些封裝解決方案采用了額外的開爾文發射極電源引腳（圖4）。它旁路了柵極控製回路的發射極引線電感
，從而提高了器件的開關速度，降低了開關能量。

 

圖4：具有開爾文發射極的封裝可將動態損耗降低20%。（圖片來源：英飛淩科技）

 

本文轉載自EDN電子技術設計。