分享SOT-23-6封装达成1.4W功率耗散能力的方法介绍

传统的SOT-23-6封装是通过Wire-Bond（ 打线，俗称“邦定” ）的方式将芯片内核和封装骨架上的导线架连接起来的，所用连接线通常是25至38μm的金线或铜线。

有时候，为了达成一定的性能指标，两个连接点之间会同时打很多条线，这能改善性能，同时也提高了成本。下面的图形可让我们从不同的角度看到这样的做法在IC的封装内部是如何实现的：

从上图中可见连接芯片内核和导线架的导线是细而长的。

我们都知道导体的电阻R和它的长度成正比、和它的横截面积成反比，当电流I流过导线时，它们集合起来形成的功率是I^2×R，由于此功率和电流的平方成正比，所以电流加大以后，功率就会以指数形式猛增，遗憾的是这部分功率是不能转化为有用的输出的，它们只能和芯片内核发热所形成的热量一起升高封装内部的温度。当封装内部的温度高于环境温度以后，受温度差的压力，热量才会向外传递。

在这里的热量传递只能采用传导的方式进行，哪里的热阻比较小，热量就会向哪里传导得比较多，这样的传递过程会形成一个温度的梯度，越是靠近热源的地方，温度越高，越是远离热源的地方，温度越低。这里说的远近不是距离的远近，而要理解为热阻的大小，即热阻大则距离远、热阻小则距离短。在这种打线方式的SOT-23-6封装中，由流过的电流形成的热量在向外传递的过程中形成的温度梯度是怎样的呢？下面的模拟图可以给出一点示意：

由图可见，IC封装中部的温度是最高的，到了边沿部分就低些了，到了引脚部分就更低了，PCB板上的温度则非常接近常温，这样一来，就有大部分的热量是通过封装的中间部位向空气中传播的。很显然，这样的传播效率是很低的，下面的实物热成像照片可以验证这一点：

这样的温度分布图说明了传统的SOT-23-6封装是非常容易出现局部高温的，而我们知道半导体器件对温度是非常敏感的，过高的温度很容易让器件失去它应有的功效，甚至可能造成火灾等危险，这就大大地限制了这种封装的应用空间。

我们在前面提到了热阻的概念，它定义了热量由一个地方向另一个地方传递时所受到的阻力的大小，其单位为℃/W，当两地的温度指标已经确定时，热阻的大小就确定了能够在两地之间传递的热功率的大小。由这个概念，再加上芯片内核能够承受的最高温度和环境温度，我们就能够得到这个芯片能够承受的耗散功率，其计算公式为：

安装在标准测试板上的传统SOT-23-6封装的θJA约等于250℃/W，芯片内核的最高结温为150℃，当环境空气温度为25℃时，计算所得的P_D(MAX)=0.5W，这比我们规格书中标示出来的0.4W大不了多少，但请你理解我们的规格书是不能虚标的，但低标总是可以的吧？这样做是为了确保应用的安全，避免用户将它们用在不恰当的地方。

高热阻的传统SOT-23-6封装有这里说到的缺陷，可它同时又是具有很多优势的，它很小，使用非常方便，生产规模很大，价格很低，如能针对它的缺陷进行有针对性的改变，就有可能突破其限制，为它的应用空间带来突破。

我们在上面的封装透视图中看到的芯片内核是平躺在骨架上的，焊点和导线架之间不在一个平面上，它们之间的连接必须依靠长长的导线来进行连接。如果能将导线架金属部分延伸到芯片下面，再将芯片内核翻个面使其直接面对导线架并焊接在一起，则整个电流路径就能大大地缩短而且变得很粗壮，这样就可以将其R大大地降低，当电流流过时形成的I^2×R就可以大大地减小了。与此同时，由于粗大的金属具有远高于塑胶的热传导能力，由芯片内核所产生的热量也很容易透过骨架传递到PCB和空气中，最后形成的温度梯度就会表现得完全不一样，从而为传统的SOT-23-6封装带来新的生机。这种新的做法就是立锜投入巨大精力开发的全新的FCOL (Flip-Chip On Lead：在引脚上的芯片倒装) 封装技术，它完全摒弃了传统的连接线，而是将芯片内核上的触点直接和骨架的导线架焊接在一起，有效地降低了连接线的长度、电阻和热阻，寄生电感也大大降低，使应用它的产品有了更好的电性表现和优化了的散热能力，为传统的SOT-23-6封装注入了新的生命，大大拓展了它的生存空间。

下面的图片展示了FCOL技术的实现方式：

它的热表现会如何呢？先来看看模拟效果图：

从中我们可以看到和传统打线方式的温度分布是很不一样的，已经表现得非常均匀了。如果模拟还不能说明问题，实物的热成像图就更有说服力了，直接看图吧：

有了全新的FCOL封装方式，SOT-23-6封装的热阻降到了很低的水平，安装在标准测试板上时测得的θJA=70℃/W，依此计算出的 P_D(MAX)=1.78W，规格书中的标示数据为1.429W，是传统封装的耗散功率的3.57倍，这就使得它的应用空间大大扩展了。目前，立锜科技的ACOTTM Buck器件中的一个子系列已大量使用SOT-23-6封装，其电流输出能力分别有1.5A、2.5A和3.5A，而且还有更大的提升空间等在后面。要知道在没有这种FCOL封装以前，这样大的电流只能在类似SOP-8这样的封装里才能实现，所以这样的技术进步是非常有价值的。