功率半導(dǎo)體封裝的趨勢(shì)分析

以下文章來(lái)源于芝能智芯 ，作者陶煙煙

隨著電動(dòng)汽車和可再生能源的不斷普及，功率半導(dǎo)體市場(chǎng)正迎來(lái)顯著增長(zhǎng)，并在封裝領(lǐng)域發(fā)生巨大變革。封裝的復(fù)雜性逐漸增加，以適應(yīng)各種高功率和高溫條件的應(yīng)用。英飛凌中功率電壓MOSFET總監(jiān)Brian LaValle指出：“隨著我們?cè)诠璞旧矸矫嫒〉眠M(jìn)步，封裝開(kāi)始變得越來(lái)越重要?！?/p>

隨著對(duì)更快開(kāi)關(guān)頻率和更高功率密度的需求增加，用于基板、芯片貼裝、引線鍵合和系統(tǒng)冷卻的材料也經(jīng)歷了重大變化。在高功率和高電流方面，電源模塊以分立封裝和集成模塊的形式提供，根據(jù)設(shè)備規(guī)格和使用條件，為制造商提供競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。一些最為常見(jiàn)的有通孔封裝，例如 TO-247 和 TO-220，帶有長(zhǎng)銀引線，以及表面貼裝 (SMT) 組件，包括 D2PAK、DPAK、SO-8，以及無(wú)引線 (TOLL)、PQFN 和 CSP。

頂部冷卻 SMT 能夠提供更低的熱阻，因?yàn)榕潘苯舆B接到散熱器。由于 SMT 中的柵極環(huán)路更小，這種方法還可以提高開(kāi)關(guān)性能。暴露的源極片可以與散熱器齊平，從而提高器件的電流能力。整體解決方案包括通過(guò)單面或雙面冷卻來(lái)有效管理熱量，以及在框架或模制模塊中進(jìn)行多芯片集成。

功率四方扁平無(wú)引線 (PQFN) 封裝是目前最受歡迎的選擇之一。原因在于其緊湊的尺寸（3 x 3mm 至 8 x 8mm）、低寄生效應(yīng)、極低的導(dǎo)通電阻 [RDS(on)]、出色的熱性能，以及多種多芯片、多夾子和電線變化的選擇。PQFN 還與 GaN 兼容，適用于汽車，并提供雙散熱器選項(xiàng)。

電力電子器件正從傳統(tǒng)的硅 MOSFET 和 IGBT 轉(zhuǎn)向基于碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 的器件。SiC 和 GaN 具有更寬的帶隙，能夠在更小的尺寸下實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)關(guān)功率、更高的工作頻率和更低的 RDS(on)。SiC 成為電池電動(dòng)汽車車載充電、牽引逆變和 DC-DC 轉(zhuǎn)換的首選材料，盡管其工作溫度較高，價(jià)格與硅系統(tǒng)相當(dāng)。

功率器件的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的 CMOS FET 不同，是垂直器件而不是平面器件。雖然它們不同于 CMOS 器件的縮放特性，但通過(guò)一些方法實(shí)現(xiàn)了有效的擴(kuò)展。熱管理和封裝技術(shù)：對(duì)于高功率密度的功率半導(dǎo)體，熱管理至關(guān)重要。工程師采用一些技術(shù)，如微流體冷卻和直接鍵合銅 (DBC) 連接，以優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)和減小尺寸。 為了減少寄生效應(yīng)，工程師采用嵌入式芯片基板技術(shù)，通過(guò)在基板中集成功率器件和無(wú)源器件，以及使用短連接路徑和導(dǎo)電跡線，實(shí)現(xiàn)高效能和低功耗。