Fairchild Semiconductor公司JON KLEIN著
----設(shè)計(jì)者必須平衡空間及功率上的限制,來(lái)獲得便攜式設(shè)備所要求的更大的電流和更低的導(dǎo)通電阻 ----新一代的微處理器要求更大電流,電源管理應(yīng)用要求更低的導(dǎo)通電阻RDS(on)及更小的占用面積,這些都促使MOSFET制造商開(kāi)發(fā)新的封裝技術(shù)。再過(guò)二年,微處理器所需的電流預(yù)計(jì)要增加一倍,而電壓將繼續(xù)下降。微處理器生產(chǎn)商將繼續(xù)從事更精細(xì)的工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā),以提高其密度及速度。 ---- 要滿足這些挑戰(zhàn),就必須開(kāi)發(fā)新的功率器件技術(shù),特別是便攜式裝置中的空間與功率受限制的環(huán)境,例如筆記本電腦。這些要求采用常規(guī)的線連接封裝是不可能達(dá)到的。 ---- 這些問(wèn)題能采用基本的帶焊球晶片技術(shù)（bumped-wafer technology）來(lái)解決,這些基本的帶焊球晶片技術(shù)在30年前由IBM公司首先用于IC,而現(xiàn)在首次作為對(duì)各種功率轉(zhuǎn)換及電源管理問(wèn)題的解決方案。通過(guò)使用晶片上凸起焊球來(lái)替代傳統(tǒng)的連接線連接,MOSFET生產(chǎn)商大大減小了導(dǎo)通電阻,與此同時(shí)增加了硅管芯面積與封裝面積的比值。 ---- 帶焊球晶片技術(shù)提供了不同的封裝,這包括MOSFET的BGA,無(wú)引腳的SO-8及快捷公司的無(wú)底的SO-8封裝。每一種封裝都有各自的特性及優(yōu)點(diǎn)以滿足各自的市場(chǎng)需求。 增加電流密度
----個(gè)人電腦及筆記本電腦的CPU采用同步降壓式變換器供電（見(jiàn)圖1）,把交流轉(zhuǎn)換成直流低電壓輸出（在1.25V到2.5V之間）,從而滿足今天運(yùn)行CPU的需要。需要的電流不同的CPU有所不同,新設(shè)計(jì)的筆記本電腦從10A到22A,新一代高性能服務(wù)器及工作站則可達(dá)60A。 ---- 更大的電流通過(guò)使用多相位結(jié)構(gòu)來(lái)控制,它復(fù)制圖1中的電路n次,并將PWM脈沖分別同相到高端MOSFET n/360。設(shè)計(jì)者一般將每一相位電流限制到15A。在PC主板中VIN通常為12V,而在筆記本電腦中VIN為18V。 ---- 因?yàn)楦嗟南辔灰馕队懈嗟腗OSFET,而印制板的空間又總是有限的,因此多相位設(shè)計(jì)要求更小的封裝和更低的RDS(on),以及良好的導(dǎo)熱性能。低端MOSFET大多數(shù)情況下用在筆記本電腦及12V臺(tái)式變換器中。在15A電流時(shí),RDS(on)每增加1mΩ,低端MOSFET將增加225mW的損耗。對(duì)傳統(tǒng)的SO-8封裝,每增加1mΩ,管芯溫度將增加14℃。 降低封裝電阻
----傳統(tǒng)的封裝使用鋁或金線焊接到晶片及引腳上。管芯的面積及引線框架上的連結(jié)面積都限制了平行的連接線的數(shù)量,從而導(dǎo)致線連接封裝有相當(dāng)高的電阻。新的封裝技術(shù)使用晶片上凸出的焊球把晶片連接到銅引腳框架上或者直接連接到印制板上,消除了連接線,有效地降低了封裝電阻（見(jiàn)表1）。
| 表1 電阻比較 |
| 封裝 | 封裝電阻(mΩ) | θJ-A(℃/W) | θJ-C(℃/W) |
| 線連接 | D2PAK | 2.5 | 40 | 2 |
| DPAK | 3.5 | 45 | 3 |
| SO-8 | 3.5 | 62.5 | 25 |
| 無(wú)連接 | 無(wú)連線SO-8 | 1.5 | 60 | 22.5 |
| BGA | 0.5 | 39 | 4 |
| 無(wú)底SO-8 | 0.5 | 39 | 1 |
---- 功率MOSFET在電阻上有幾個(gè)mΩ的差別看起來(lái)沒(méi)有什么重要,然而在傳統(tǒng)的SO-8封裝中,封裝電阻在15A的MOSFET上將增加750mW的功耗。與之對(duì)比,在BGA或無(wú)底封裝中,其封裝電阻上所消耗的功耗僅為110mW。 帶焊球晶片
----各種無(wú)連接線的封裝中應(yīng)用了各種結(jié)構(gòu)技術(shù),但焊球晶片技術(shù)以其良好的可靠性和靈活性創(chuàng)造了許多新的無(wú)連接線封裝形式。快捷公司的BGA MOSFET就使用了這種技術(shù)。 ---- 在這種封裝中,帶焊球晶片是放在銅的載體上,它的表面也有焊球,實(shí)現(xiàn)晶片背面的漏極共面接觸。BGA提供的晶片面積對(duì)封裝底面積的比值在業(yè)界最高。 ---- 無(wú)連接線的SO-8封裝遵守工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SO-8的底面積標(biāo)準(zhǔn),但它的內(nèi)部是使用焊球技術(shù)構(gòu)成的。不管有無(wú)連接線,澆鑄成的SO-8封裝在導(dǎo)熱性能上有缺點(diǎn)。 ---- 而DPAK及D2PAK有很好的導(dǎo)熱性能,兩者都是線連接封裝并有較大的封裝電阻,而且兩者比SO-8占用更多的印制板面積。無(wú)底的SO-8封裝使用帶焊球的晶片技術(shù),結(jié)合了D2PAK的導(dǎo)熱性能及BGA MOSFET的電性能。 ---- 可焊管芯既提供了到漏極的電連接又提供了管芯的熱連接。第二個(gè)導(dǎo)熱路徑是由漏極引腳提供的,它緊密接觸到管芯（通過(guò)管芯焊球）。 ---- 如表2所示,DPAK通過(guò)改善導(dǎo)熱性能,其經(jīng)受的電流超過(guò)SO-8,更小占用面積的無(wú)線連接的SO-8封裝也超過(guò)有線連接的SO-8。如表2所示,無(wú)底及BGA MOSFET同時(shí)改善了RDS(on)及導(dǎo)熱性能,從而在最小的面積上獲得最高的電流。
66821730(技術(shù)支持)
