电子发烧友网 > 制造/封装 > 半导体技术 > 测试/封装 > 正文

PQFN封装技术提高能效和功率密度

2011年03月09日 09:13 次阅读

  包括非消费型电子设备在内的当今大多数电子产品设计都要求高能源效率,例如工业马达驱动器和电信网络基础设施。对于电源而言,同样需要高功率密度和可靠性,以便降低总拥有成本。

  随着开关模式电源转换成为业界标准(与线性电源相比具有更好的功率密度和效率),组件设计人员设法通过芯片级创新和改进封装来不断提升功率MOSFET的导通和开关性能。芯片的不断更新换代使得在导通电阻(RDS(ON))和影响开关性能的因素(如栅极电荷QG)之间的平衡方面逐步取得进展。

  国际整流器公司(IR)目前可提供多种不同的芯片,从而使电源设计人员有机会在中低压范围内选择导通和开关性能最优组合的器件。

  封装创新主要集中在降低寄生效应方面,例如无芯片封装电阻(DFPR)和封装电阻,它们会导致功率损耗并在电流额定值和开关速度方面限制器件的性能。

  封装接合线和引线框上不必要的电感使得栅极上会维持一定的电压,从而阻止栅极驱动器关断器件。这会大大延迟关断,从而增加MOSFET的功率损耗,降低转换效率。此外,杂散电感可导致电路中出现超过器件电压额定值的电压尖峰,从而导致出现故障。

  旨在降低电阻和提升热性能的封装改进还可极大地提升小封装尺寸内的电流处理能力,同时有助于器件冷却,并提高器件可靠性。

  当今的功率MOSFET封装

  采用Power SO8封装的MOSFET通常用在电信行业输入电压范围从36V至75V的工业标准1/2砖、1/4砖、1/8砖和1/16砖尺寸电源模块等应用中。面向不同半桥驱动工业应用的DC马达控制电路也使用功率MOSFET。这种封装与常见的插入式封装相比具有优势,包括显著缩小的尺寸和更便于表面贴装组装。对于功率应用而言,Power SO-8封装具有增强的引线框设计,与普通SO-8封装结构相比具有更强的电流处理能力。不过,市场对于提高功率处理能力、功率密度和能效的不变需求要求设计人员不断在性能方面寻找突破。

  对于要求更高操作电流或更高效率的应用而言,将两个SO-8(或类似)功率MOSFET并联可使总电流额定值提高一倍,同时降低导通电阻,减小损耗。这种技术现在已广泛使用,但是不可避免地会使设计趋于复杂:不仅需要更多组件,而且设计人员必须小心地匹配导通电阻和栅极阈限等参数,以确保负载电流的平均分配。匹配栅极电荷参数对于确保可靠的开关性能同样重要,这样器件不会在其协同(companion)器件之前导通。

  因此,改进封装以改善导通电阻和电流处理能力的原因有多种。用改进的PQFN器件一对一替换标准SO-8 MOSFET可提升总体工作效率。电流处理能力也能够得以增强,并实现更高的功率密度。在以并联方式使用的传统MOSFET应用中,采用增强型封装(如PQFN和DirectFET)的最新一代器件可用单个组件代替一个并联的组件对。这样,通过简化布局和降低电路匹配挑战能够简化设计。其它优势还包括更高的可靠性和降低BOM成本,即当两个或更多并联MOSFET被一个器件代替时。

  增强型功率封装(如IR的DirectFET封装)可提供大幅改进的电气和热性能。更为重要的是,DirectFET和PQFN可轻松安装在电路板上,并与现有表面贴装回流技术兼容,因此能够较轻松地设计到新的或现有的电路板中。

  先进的工业标准

  Power QFN(PQFN)封装是基于JEDEC标准四边扁平无引脚(QFN)表面贴装封装的热性能增强版本,QFN封装在四周底侧装有金属化端子。这样,就可采用标准化规则管理尺寸和端子配置,并为工业标准功率封装奠定基础,从而给新一代设计带来先进性能。

  IR和其他全球性功率半导体厂商目前可提供5mm&TImes;6mm匹配标准SO-8外形的PQFN器件,以及3mm&TImes;3mm的微型化PQFN器件。IR将这些封装分别称为PQFN 5&TImes;6和PQFN 3&TImes;3。其他厂商则以Power56或SuperSO-8等名称销售PQFN器件。

  PQFN封装在底侧有一个或以上的裸热焊盘,如图1所示。裸焊盘有助于降低裸片到PCB的热阻。标准SO-8封装的结到引线热阻通常为20°C/W,而采用IR的PQFN 5×6时,从结点到PCB的热阻仅为1.8°C/W。

  

《电子系统设计》

 

  在封装内,两种可能的技术都可以被用来创建从裸片到封装端子之间的MOSFET源连接。利用标准后端冷却方式来连接一系列键合线,可实现相对低成本的互连。而PQFN Copper Clip(铜片)封装则用大型铜片取代了键合线。IR支持这两种结构,为设计人员提供了多种具有成本效益、高性能的PQFN器件选择。

  

《电子系统设计》

 

  图2和3显示了键合线和铜片封装的内部详情。铜片封装技术将封装电阻降低了约1m?,这是一项非常重要的改进,因为最新的芯片技术现在可实现低于1m?的导通电阻;降低封装电阻对于确保更低的总MOSFET电阻至关重要。此外,铜片封装能够处理更大的电流,因而不再对器件的电流额定值产生限制。该封装通过了JEDEC潮湿敏感度级别(MSL)1的认证,并且由于裸片被焊接到引线框上(许多厂商在传统键合线结构中采用标准裸片粘接树脂),其组件符合工业规范要求。

  

《电子系统设计》

 

  例如,PQFN 5×6铜片封装可在与现有SO-8相当的工业标准尺寸中,实现优于0.5m?的电阻,从裸片到PCB的热阻则低至0.5°C/W。其0.9mm的外型尺寸也与最大高度为0.7mm的DirectFET封装相近。在电流处理能力方面同样有大幅提升,在实际操作中,原来采用SO-8封装的26A器件,采用PQFN 5×6铜片封装可处理高达100A的电流。

技术专区

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

半导体器件评估封装技术特性时需要考虑的关键因素

设计师如何在保持封装鲁棒性和可靠性的同时,提高功率密度?首先,封装可以采用更大的引线框架面积,从而可...

发表于 2018-03-16 08:55 358次阅读
半导体器件评估封装技术特性时需要考虑的关键因素

Altera公司成为首家采用此先进封装技术进行量...

2014年4月21号,北京Altera公司(Nasdaq: ALTR) 与台积公司今日共同宣布双方携...

发表于 2018-02-11 13:33 543次阅读
Altera公司成为首家采用此先进封装技术进行量...

这些芯片封装类型,基本都全了

芯片的世界封装类型太多了,这里总结了70多种常见的芯片封装。希望能让你对封装有一个大概的了解。

发表于 2017-10-26 11:16 2748次阅读
这些芯片封装类型,基本都全了

为什么iphone x采用这个封装技术?

不出意外,苹果iPhone 8/8 Plus/X手机将继续采用一个新封装技术,它就是系统封装(SiP...

发表于 2017-09-27 15:53 4471次阅读
为什么iphone x采用这个封装技术?

晶圆代工厂涉足封装,会给OSAT带来威胁吗?

根据数据显示,到2020年,先进封装的市场规模预计会高达300亿美元,较之2014年的202亿美元有...

发表于 2016-12-29 09:58 1417次阅读
晶圆代工厂涉足封装,会给OSAT带来威胁吗?

物联网市场带动 系统级封装技术受欢迎

随着2020年物联网(IoT)市场的半导体商机可望达到115亿美元,封装技术将扮演开发系统更重要角色...

发表于 2016-08-22 09:40 338次阅读
物联网市场带动 系统级封装技术受欢迎

使用烧结铜的功率元件封装技术 可靠性提高10倍

日立制作所在“PCIM Europe 2016”并设的会议上发表了使用烧结铜的功率元件封装技术。该技...

发表于 2016-05-19 10:26 325次阅读
使用烧结铜的功率元件封装技术 可靠性提高10倍

新兴封装技术:小型化趋势永无止境

从MCM、ECP到2.5D的TSV等持续整合电子元件于更小封装的创新技术出现,主要的驱动力量就来自于...

发表于 2016-05-10 16:15 1486次阅读
新兴封装技术:小型化趋势永无止境

利用了村田独家封装技术的颗粒筛选技法

晶体谐振器是靠坯料(晶体坯)的高Q值来1来获得任意稳定频率的电子部件。但是,正因为Q值高,如果坯料表...

发表于 2016-04-27 15:51 450次阅读
利用了村田独家封装技术的颗粒筛选技法

芯片采2.5D先进封装技术,可望改善成本结构

目前在全球半导体产业领域,有业界人士认为2.5D先进封装技术的芯片产品成本,未来可望随着相关产品量产...

发表于 2016-03-24 08:23 461次阅读
芯片采2.5D先进封装技术,可望改善成本结构

攻克可穿戴医疗存储器件封装难题

可穿戴医疗设备通常设计得尽可能隐蔽。因此,在尽可能小的封装中达到所需的存储密度非常必要。种种创新要求...

发表于 2014-10-23 09:22 876次阅读
攻克可穿戴医疗存储器件封装难题

先进封装技术:可穿戴电子设备成功的关键

最近以来智能手表、体征监测等穿戴式电子设备受到业界的极大关注,但市场一直处于“雷声大,雨点小”的状态...

发表于 2014-04-24 10:47 625次阅读
先进封装技术:可穿戴电子设备成功的关键

3D IC整装待发,大规模量产还需时间

 IC/SoC业者与封测业者合作,从系统级封装(System In Package;SIP)迈向成熟...

发表于 2013-09-05 09:32 620次阅读
3D IC整装待发,大规模量产还需时间

新技术成催化剂,覆晶封装再上新台阶

来自法国的市场研究机构 Yole Developpement 发布最新覆晶封装(Flip Chip)...

发表于 2013-03-21 09:30 811次阅读
新技术成催化剂,覆晶封装再上新台阶

提升功率密度 飞兆半导体改进Dual Cool封...

飞兆半导体已扩展和改进了其采用Dual Cool封装的产品组合,解决了DC-DC转换应用中面临提升功...

发表于 2013-01-08 17:04 580次阅读
提升功率密度 飞兆半导体改进Dual Cool封...

美高森美新型封装技术有助达成小型化可植入医疗器材

  美高森美公司(Microsemi)宣佈,其新晶片封装技术已经通过特别针对主动可植入医疗器材的内部...

发表于 2012-09-06 10:42 388次阅读
美高森美新型封装技术有助达成小型化可植入医疗器材

满足供电需求的新型封装技术和MOSFET

满足供电需求的新型封装技术和MOSFET

发表于 2012-08-29 14:52 336次阅读
满足供电需求的新型封装技术和MOSFET

飞兆半导体超薄封装技术节省线路板空间

  便携设备的设计人员面临着在终端应用中节省空间、提高效率和应对散热问题的挑战。为了顺应这一趋势,飞...

发表于 2012-05-16 09:27 607次阅读
飞兆半导体超薄封装技术节省线路板空间

详述电子元器件的封装技术

本文将为你讲述电子元器件分类封装技术各自的定义、规格、特点及其相关的技术参数。

发表于 2012-02-09 17:09 2654次阅读
详述电子元器件的封装技术

铜柱凸块正掀起新的封装技术变革

ST-Ericsson计划2012年将铜柱凸块纳入技术蓝图,随着芯片制程逐渐微缩到28纳米,同时成本...

发表于 2011-11-30 09:14 878次阅读
铜柱凸块正掀起新的封装技术变革

SynQor超高功率密度模块InQor Zeta...

SynQor推出了适用于高功率密度需求的InQor Zeta系列全新工业电源产品。该系列产品可以为各...

发表于 2011-09-07 10:18 341次阅读
SynQor超高功率密度模块InQor Zeta...

IR推出采用PQFN4x4封装的高压栅级驱动器

IR扩展其封装系列,推出PQFN 4mm x 4mm封装。IR最新的高压栅级驱动IC采用该封装,为家...

发表于 2011-06-29 09:07 337次阅读
IR推出采用PQFN4x4封装的高压栅级驱动器

医疗电子中的微型化封装与装配技术

伟创力总部技术部高级副总裁上官东铠博士以《医疗电子中的微型化封装与装配技术》为题发表了精彩演讲,并就...

发表于 2011-01-18 19:30 601次阅读
医疗电子中的微型化封装与装配技术

CPU芯片的封装技术

CPU芯片的封装技术:  DIP封装  DIP封装(Dual...

发表于 2010-08-10 10:09 515次阅读
CPU芯片的封装技术

热传导封装技术

为了避免过于理论化,我们从一个实验入手看看功耗与温度之间是如何相互关联的。在14引脚的双列直插式封装...

发表于 2010-06-02 18:02 265次阅读
热传导封装技术

创新的IGBT内部封装技术

创新的IGBT内部封装技术 英飞凌推出创新的IGBT内部封装技术。该技术可大幅延长IGBT模块的使...

发表于 2010-05-11 17:32 614次阅读
创新的IGBT内部封装技术

简析BGA封装技术与质量控制

简析BGA封装技术与质量控制   SMT(Surface Mount Technology)表面...

发表于 2010-03-30 16:49 527次阅读
简析BGA封装技术与质量控制

林德与上海大学联手开展柔性显示的先进封装技术方案

林德与上海大学联手开展柔性显示的先进封装技术方案 林德集团宣布已联合国家211工程重点建设高校—上...

发表于 2010-03-22 10:08 224次阅读
林德与上海大学联手开展柔性显示的先进封装技术方案

内存芯片封装技术

内存芯片封装技术 随着计算机芯片技术的不断发展和成熟,为了更好地与之相配合,内存产品也由后台走出,...

发表于 2010-03-17 11:12 253次阅读
内存芯片封装技术

大功率白光LED封装技术大全

大功率白光LED封装技术大全 一、前言     大功率...

发表于 2010-03-10 10:23 963次阅读
大功率白光LED封装技术大全

常见的封装技术

常见的封装技术 从foundry厂得到圆片进行减薄、中测打点后,即可进入后道封装。封装对集成电路起...

发表于 2010-01-12 15:34 136次阅读
常见的封装技术

LED目前主要的封装技术比较

LED目前主要的封装技术比较 1)led单芯片封装led在过去的30多年里,取得飞速发展。第一批产...

发表于 2010-01-07 09:30 292次阅读
LED目前主要的封装技术比较

CPU封装技术

CPU封装技术       &...

发表于 2009-12-24 09:48 207次阅读
CPU封装技术

led封装技术及结构

led封装技术及结构LED封装的特殊性   LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而...

发表于 2009-12-20 14:33 300次阅读
led封装技术及结构

提高取光效率降热阻功率型LED封装技术

提高取光效率降热阻功率型LED封装技术 超高亮度LED的应用面不断扩大,首先进入特种照明的市场领域...

发表于 2009-12-20 14:31 226次阅读
提高取光效率降热阻功率型LED封装技术

封装技术趋势有变

封装技术趋势有变 封装技术趋势将有变化。在封装技术的三大关键词“高密度”、“高速及高频率”和“低成...

发表于 2009-11-18 16:43 300次阅读
封装技术趋势有变

三星宣布新层叠封装技术 8层仅厚0.6mm

三星宣布新层叠封装技术 8层仅厚0.6mm   三星公司今天宣布,该公司已经成功开发出了全球最薄的...

发表于 2009-11-06 10:40 226次阅读
三星宣布新层叠封装技术 8层仅厚0.6mm

高密度封装技术

 ...

发表于 2006-04-16 21:37 945次阅读
高密度封装技术

封装技术简介

封装技术简...

发表于 2006-04-16 21:02 288次阅读
封装技术简介