汽車和工業應用都需要不斷提高功率密度。例如,為了提高安全性,新的汽車動力轉向設計現在要求雙冗餘電路,這意味著要在相同空間內容納雙倍的元器件。再舉一個例子,在服務器群中,每平方米都要耗費一定成本,用戶通常每18個月要求相同電源封裝中的輸出功率翻倍。如果分立式半導體供應商要應對這一挑戰,不能僅專注於改進晶圓技術,還必須努力提升封裝性能。
總部位於荷蘭的安世半導體是分立器件、MOSFET器件、模擬和邏輯集成電路領域的領導者,該公司率先在-功率封裝(LFPAK無損封裝)內部採用了全銅夾片晶片貼裝技術,目的是實現多種技術優勢(電流能力、RDSon、熱特性等)。
專為提高功率密度設計的LFPAK封裝系列
LFPAK封裝系列用於提高功率密度。其主要特點是在封裝內部使用了全銅夾片,在外部使用了鷗翼引腳。安世半導體在2002年率先推出LFPAK56封裝 - 它是一款功率SO8封裝(5mm x 6mm),設計用於替代體積更大的DPAK封裝。現在,該公司提供了一系列不同尺寸的封裝,包含單雙通道MOSFET配置,可涵蓋眾多不同應用。最近,安世半導體發布了LFPAK88,這是一款8mm x 8mm封裝,針對較高功率的應用而設計,可取代體積更大的D²PAK和D²PAK-7封裝
銅夾片技術的性能優勢包括:
► 電流(Amp)
▷ 焊線是一個制約因素,它決定了器件能夠處理的電流大小。在使用D²PAK封裝的情況下,使用的焊線的最大直徑為500µm(由於連接的T型柱尺寸)。
▷ 使用最新Trench 9超級結40V晶圓,安世半導體能夠放入D²PAK封裝的最大晶圓電流額定值為120A。但是,對於體積更小的LFPAK88封裝,由於不受焊線制約,安世半導體目前能夠放入該封裝的最大晶圓電流額定值為425A。隨著公司以後發布更大晶圓的產品,此電流額定值還會提高。[註:這些值來自於測量而並非理論]
► RDS(on) [以mΩ為單位]
▷ 在D²PAK中使用的三條500µm直徑的焊線增加了MOSFET的總RDS(on)值。
▷ 例如,在上述兩個器件中使用相同的Trench 9 40V技術平台,安世半導體目前能夠放入D²PAK的最大晶圓的RDS(on)值為1.2mΩ。如果使用體積更小的夾片粘合LFPAK88封裝,該值可減少至 0.7mΩ,這要歸功於它沒有焊線電阻。[註:0.55mΩ的LFPAK88器件正在T9平台上開發]。
► 寄生源極電感 (nH)
▷ 在每個開關事件中,必須解決寄生源極電感問題,因為它會降低效率。在需要高頻率開關的應用中,例如在DC/DC轉換器中,這種效率損失會產生很大影響。
▷ 源極焊線還會增加總寄生源極電感,再加上D²PAK的長引腳,電感值達到5nH。相比之下,由於LFPAK88沒有源極焊線,而且只使用很小的鷗翼引腳,因而電感值僅為1nH。
► 電流/熱量的熱點
▷ 當高電流通過器件時,它會集中在焊線連接到晶圓的瓶頸處。這些電流熱點可能導致散熱/質量問題。
▷ 使用LFPAK88,頂部的銅夾片覆蓋了更大區域,因此不會產生熱點。