MOS管從傳統(tǒng)封裝到先進(jìn)封裝的演進(jìn)

背景

隨著智能設(shè)備的普及，電子設(shè)備也朝著小型化、高性能和可靠性方向發(fā)展。摩爾定律趨緩背景下，封裝技術(shù)成為提升性能的關(guān)鍵路徑。從傳統(tǒng)的TO封裝到先進(jìn)封裝，MOS管的封裝技術(shù)經(jīng)歷了許多變革，從而間接地影響到了智能應(yīng)用的表現(xiàn)。合科泰將帶您深入探討MOS管封裝技術(shù)的演變。

封裝技術(shù)的演進(jìn)

根據(jù)技術(shù)層級(jí)的不同，MOS管封裝可分為三類技術(shù)形態(tài)，根據(jù)其不同的特性和優(yōu)點(diǎn)，可適用于不同的場(chǎng)景。

1、傳統(tǒng)封裝：TO系列封裝。

20世紀(jì)60-90年代，工業(yè)與家電設(shè)備要求器件具備高機(jī)械強(qiáng)度與低成本，對(duì)中低功率MOS管需求激增。TO結(jié)構(gòu)基于銅或鐵鎳合金金屬引線框架，外延引腳設(shè)計(jì)支持外接散熱片，通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂封裝外殼提供超過(guò)50G加速度耐受的機(jī)械抗沖擊能力。TO封裝熱阻范圍為50-80°C/W，廣泛運(yùn)用于中低功率MOS管。

TO系列作為最常見(jiàn)傳統(tǒng)封裝形式之一，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、散熱性能好，適用于傳統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景，比如電源適配器、開(kāi)關(guān)電源等。然而，受限于引腳電感過(guò)高（>10nH），其開(kāi)關(guān)頻率難以突破MHz級(jí)別，無(wú)法滿足高頻電路需求。

2、先進(jìn)封裝：QFN封裝

2000年后消費(fèi)電子小型化推動(dòng)高功率密度、高頻需求，同步整流技術(shù)普及，要求MOS管開(kāi)關(guān)損耗降低50%以上。QFN封裝通過(guò)在底部設(shè)置占比達(dá)70%的銅質(zhì)焊盤(pán)，直接與PCB覆銅層貼合顯著提高了散熱效率、降低了電阻，同時(shí)引線電感低于1nH，可完美適配同步整流Buck電路等高頻場(chǎng)景。

QFN封裝體積小且熱阻低，散熱性能優(yōu)異，適用于高功率、高密度的電路設(shè)計(jì)，良好的散熱性能可以確保MOS管高功率運(yùn)行的穩(wěn)定性，比如智能插座、PD快充等。但該封裝對(duì)焊接工藝精度要求極高，焊接空洞率必須控制在5%以內(nèi)（IPC標(biāo)準(zhǔn)），否則會(huì)因熱傳導(dǎo)路徑受阻導(dǎo)致熱性能斷崖式下降，直接影響器件可靠性。

3、高端封裝：BGA封裝

AI、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域需多芯片協(xié)同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)級(jí)封裝與高密度互連技術(shù)發(fā)展。BGA封裝作為高端三維集成方案，通過(guò)0.4mm間距焊球矩陣布局實(shí)現(xiàn)超過(guò)1000引腳的高密度互連，結(jié)合3D SiP堆疊封裝技術(shù)，支持多芯片垂直互聯(lián)，使導(dǎo)通電阻降至0.5mΩ。通過(guò)在底部設(shè)置球狀引腳實(shí)現(xiàn)高引腳密度和低電感，提高了可靠性。

BGA封裝適用于高性能、高密度的電路設(shè)計(jì)應(yīng)用，比如智能門鎖、監(jiān)控?cái)z像頭等。BGA與GaN器件協(xié)同可實(shí)現(xiàn)100MHz超高頻開(kāi)關(guān)，并通過(guò)AEC-Q101認(rèn)證耐受175℃結(jié)溫，已成功應(yīng)用于自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)電源模塊、AI訓(xùn)練芯片48V直連供電系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域。（需滿足AEC-Q101車規(guī)認(rèn)證）

      不同封裝對(duì)MOS管的性能影響不同，傳統(tǒng)的TO封裝散熱性能主要依賴散熱片，散熱效率非常有限；先進(jìn)封裝的QFN封裝通過(guò)大面積散熱片顯著提升了散熱效率，同時(shí)降低了熱阻，使其可用于高功率應(yīng)用；高端封裝BGA封裝通過(guò)球狀引腳和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步優(yōu)化了散熱性能。

合科泰憑借深厚的技術(shù)積累和持續(xù)創(chuàng)新，已推出一系列采用先進(jìn)封裝技術(shù)的MOS管產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在不同的細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)展現(xiàn)出卓越的性能。封裝選型原則首先要看功率是否匹配，其次是根據(jù)散熱需求，最后是看高頻和環(huán)境可靠性，以下是為您推薦的產(chǎn)品型號(hào)。