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沟槽栅功率MOSFET多芯片封装方案

2026-06-30 15:17:40

从这篇文章可看到,随着元胞密度的增大,器件电阻减小,封装寄生电阻对器件电阻的影响越来越大。

换言之,提升元胞密度所带来的技术优势,会被封装寄生电阻削弱。

为推动沟槽栅功率MOSFET技术持续发展,前人在进行芯片层面优化的同时,亦尝试解决封装寄生电阻问题,

包括采用夹片式封装、三明治封装等形式。

对不同封装形式的寄生参数进行对比,如下图,

图片来源:网络

横轴是不同封装形式,D2PAKDPAK为功率器件封装,PQFN为塑封四方扁平无引脚封装,BW为键合线式,BWL为无键合线式,

左纵轴是封装寄生电阻,右纵轴是封装寄生电感,

柱状图是电阻,折线图是电感,

最右侧的三明治封装,无论寄生电阻、寄生电感,都是最小,

靠左侧的D2PAKTO-263)和DPAK封装,寄生电感很大,原因是封装内部的电流路径较长,形成更大面积的电流环路,导致电感较大。

接下来,聊聊沟槽栅功率MOSFET的多芯片封装。

在对空间高度敏感的便携式应用(如手机、平板)中,需要将两个独立的功率MOSFET集成在同一封装内部,

这要求使用两个独立的芯片焊盘(这样两只芯片的漏极才能实现电气隔离),且焊盘背面裸露,可以直接焊接到PCB上。

另一要求是封装引脚与两个芯片焊盘保持共面(Coplanarity),

即,所有需要焊接到PCB的表面(包括引脚和裸露焊盘)必须在同一个平面上。

为什么有此要求?

因为如果某个引脚或焊盘比同类高出哪怕0.05mm,焊接时就会接触不良,造成开路或虚焊,

因此SOP-8之类的鸥翼式封装不适用这种场景,

这里解释一下,啥叫鸥翼式封装(gulls-wing surface mount packages)?

即,引脚像海鸥翅膀一样向外弯曲的封装,

图片来源:网络

如上,SOP-8封装的外观图,8只弯曲的银色引脚从黑色壳体中探出,

这种设计下,若想实现所有引脚和两个焊盘完美共面,对模具精度和装配工艺要求极高,可生产性较低。

更优方案是采用双芯片无引线封装(DFN),如下图,

图片来源:网络

可以看到,这种封装没有传统意义上的引脚,外部连接是通过封装底部裸露的金属焊盘实现,也可称为引脚焊盘,

DFN封装中,同一块铜框架同时构成了引脚和散热焊盘,而不是像SOP-8那样由分立零件组装而成,

这种封装设计中,需保证焊盘间的间距足够大,以免焊接时出现短路。

再聊聊沟槽栅功率MOSFET与驱动电路的集成封装,

多数系统架构中,MOSFET与其驱动电路是分开封装的,

但在高频DC-DC变换应用中,为了实现快速实现瞬态响应,分立封装方案存在局限性,

比如负载电流突然发生变化,输出电压出现波动,高频转换器才能更快响应这种变化,保持输出电压稳定。

前人探索出另一种方案——将栅极驱动器与沟槽栅功率MOSFET集成在一个封装内,这就是所谓的DrMOSDriver-MOSFET),

图片来源:网络

如上,DrMOS示意图,三芯片半桥结构,包括一个小尺寸高侧开关器件HSS,一个大尺寸低侧开关器件LSS,以及一个用于驱动功率器件的控制器Control

HSSLSS均为N型沟槽栅MOSFET

驱动IC集成了防直通(BBM)保护、自举二极管,以及过温过流保护等功能。

通过将驱动器和MOSFET集成在一个封装内,可以显著降低寄生电感,实现更快、更干净的开关,

系统设计师直接拿到集成驱动器和功率器件的黑盒子,不需要再在PCB上布线连接这二者,节省PCB面积。

英特尔公司于2004年发布了DrMOS 1.0规范,旨在为PC平台定义一个标准化的高性能集成组件,

当时的背景是:随着微处理器的发展,其对供电的要求不断提高,具体来说要求更高的功率密度、更快的瞬态响应速度,

通过将驱动IC和功率MOSFET集成在一个封装内,DrMOS可大幅降低占板面积,提升功率密度,同时降低寄生电感,实现更高的转换效率。

于是瑞萨、英飞凌等功率器件大厂纷纷跟进,推出相关产品。

除了以上两种典型的沟槽栅功率MOSFET多芯片封装外,还有一些多芯片封装玩法,适用于汽车、扬声器驱动、阀门/电磁线圈驱动、大容量电池组等场景,

另外,在电机驱动、H桥、三相桥驱动应用中,需采用模块式组装方案,

即,将一个控制集成电流与4~6只沟槽栅功率MOSFET芯片封装在单个模块中,这里不赘述。

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作者: 深圳市亿伟世科技有限公司
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沟槽栅功率MOSFET多芯片封装方案
从这篇文章可看到,随着元胞密度的增大,器件电阻减小,封装寄生电阻对器件电阻的影响越来越大。换言之,提升元胞密度所带来的技术优势,会被封装寄生电阻削弱。为推动沟槽
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