用PQFN封裝技術(shù)提高能效和功率密度

當(dāng)今大多數(shù)電子產(chǎn)品設(shè)計都要求高能源效率，包括非消費型電子設(shè)備在內(nèi)，例如工業(yè)馬達(dá)驅(qū)動器和電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。對于電源而言，同樣需要高功率密度和可靠性，以便降低總擁有成本。

　　隨著開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)(與線性電源相比具有更好的功率密度和效率)，組件設(shè)計人員設(shè)法通過芯片級創(chuàng)新和改進封裝來不斷提升功率MOSFET的導(dǎo)通和開關(guān)性能。芯片的不斷更新?lián)Q代使得在導(dǎo)通電阻(RDS(ON))和影響開關(guān)性能的因素(如柵極電荷QG)之間的平衡方面逐步取得進展。

　　國際整流器公司(IR)目前可提供多種不同的芯片，從而使電源設(shè)計人員有機會在中低壓范圍內(nèi)選擇導(dǎo)通和開關(guān)性能最優(yōu)組合的器件。

　　封裝創(chuàng)新主要集中在降低寄生效應(yīng)方面，例如無芯片封裝電阻(DFPR)和封裝電阻，它們會導(dǎo)致功率損耗并在電流額定值和開關(guān)速度方面限制器件的性能。

　　封裝接合線和引線框上不必要的電感使得柵極上會維持一定的電壓，從而阻止柵極驅(qū)動器關(guān)斷器件。這會大大延遲關(guān)斷，從而增加MOSFET的功率損耗，降低轉(zhuǎn)換效率。此外，雜散電感可導(dǎo)致電路中出現(xiàn)超過器件電壓額定值的電壓尖峰，從而導(dǎo)致出現(xiàn)故障。

　　旨在降低電阻和提升熱性能的封裝改進還可極大地提升小封裝尺寸內(nèi)的電流處理能力，同時有助于器件冷卻，并提高器件可靠性。

　　當(dāng)今的功率MOSFET封裝

　　采用Power SO8封裝的MOSFET通常用在電信行業(yè)輸入電壓范圍從36V至75V的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1/2磚、1/4磚、1/8磚和1/16磚尺寸電源模塊等應(yīng)用中。面向不同半橋驅(qū)動工業(yè)應(yīng)用的DC馬達(dá)控制電路也使用功率MOSFET。這種封裝與常見的插入式封裝相比具有優(yōu)勢，包括顯著縮小的尺寸和更便于表面貼裝組裝。對于功率應(yīng)用而言，Power SO-8封裝具有增強的引線框設(shè)計，與普通SO-8封裝結(jié)構(gòu)相比具有更強的電流處理能力。不過，市場對于提高功率處理能力、功率密度和能效的不變需求要求設(shè)計人員不斷在性能方面尋找突破。

　　對于要求更高操作電流或更高效率的應(yīng)用而言，將兩個SO-8(或類似)功率MOSFET并聯(lián)可使總電流額定值提高一倍，同時降低導(dǎo)通電阻，減小損耗。這種技術(shù)現(xiàn)在已廣泛使用，但是不可避免地會使設(shè)計趨于復(fù)雜：不僅需要更多組件，而且設(shè)計人員必須小心地匹配導(dǎo)通電阻和柵極閾限等參數(shù)，以確保負(fù)載電流的平均分配。匹配柵極電荷參數(shù)對于確保可靠的開關(guān)性能同樣重要，這樣器件不會在其協(xié)同(companion)器件之前導(dǎo)通。

　　因此，改進封裝以改善導(dǎo)通電阻和電流處理能力的原因有多種。用改進的PQFN器件一對一替換標(biāo)準(zhǔn)SO-8 MOSFET可提升總體工作效率。電流處理能力也能夠得以增強，并實現(xiàn)更高的功率密度。在以并聯(lián)方式使用的傳統(tǒng)MOSFET應(yīng)用中，采用增強型封裝(如PQFN和DirectFET)的最新一代器件可用單個組件代替一個并聯(lián)的組件對。這樣，通過簡化布局和降低電路匹配挑戰(zhàn)能夠簡化設(shè)計。其它優(yōu)勢還包括更高的可靠性和降低BOM成本，即當(dāng)兩個或更多并聯(lián)MOSFET被一個器件代替時。

　　增強型功率封裝(如IR的DirectFET封裝)可提供大幅改進的電氣和熱性能。更為重要的是，DirectFET和PQFN可輕松安裝在電路板上，并與現(xiàn)有表面貼裝回流技術(shù)兼容，因此能夠較輕松地設(shè)計到新的或現(xiàn)有的電路板中。

　　先進的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

　　Power QFN(PQFN)封裝是基于JEDEC標(biāo)準(zhǔn)四邊扁平無引腳(QFN)表面貼裝封裝的熱性能增強版本，QFN封裝在四周底側(cè)裝有金屬化端子。這樣，就可采用標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則管理尺寸和端子配置，并為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)功率封裝奠定基礎(chǔ)，從而給新一代設(shè)計帶來先進性能。

　　IR和其他全球性功率半導(dǎo)體廠商目前可提供5mm×6mm匹配標(biāo)準(zhǔn)SO-8外形的PQFN器件，以及3mm×3mm的微型化PQFN器件。IR將這些封裝分別稱為PQFN 5×6和PQFN 3×3。其他廠商則以Power56或SuperSO-8等名稱銷售PQFN器件。