而不同的封裝、不同的設計，MOS管的規格尺寸、各類電性參數等都會不一樣，而它們在電路中所能起到的作用也會不一樣;另外，封裝還是電路設計中MOS管選擇的重要參考。封裝的重要性不言而喻。

 

MOS管封裝分類

 

按照安裝在PCB板上的方式來劃分，MOS管封裝主要有兩大類：插入式(Through Hole)和表麵貼裝式(Surface Mount)。

 

插入式就是MOSFET的管腳穿過PCB板的安裝孔並焊接在PCB板上。常見的插入式封裝有：雙列直插式封裝(DIP)、晶體管外形封裝(TO)、插針網格陣列封裝(PGA)三種樣式。

 

插入式封裝

 

表麵貼裝則是MOSFET的管腳及散熱法蘭焊接在PCB板表麵的焊盤上。典型表麵貼裝式封裝有：晶體管外形(D-PAK)

、小外形晶體管(SOT)
、小外形封裝(SOP)、方形扁平式封裝(QFP)
、塑封有引線芯片載體(PLCC)等。

 

表麵貼裝式封裝

 

隨著技術的發展
，目前主板、顯卡等的PCB板采用直插式封裝方式的越來越少，更多地選用了表麵貼裝式封裝方式。

 

1
、雙列直插式封裝(DIP)

 

DIP封裝有兩排引腳
，需要插入到具有DIP結構的芯片插座上，其派生方式為SDIP(Shrink  DIP)，即緊縮雙入線封裝
，較DIP的針腳密度高6倍。

 

DIP封裝結構形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP、單層陶瓷雙列直插式DIP、引線框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式、塑料包封結構式
、陶瓷低熔玻璃封裝式)等。DIP封裝的特點是可以很方便地實現PCB板的穿孔焊接，和主板有很好的兼容性。

 

但由於其封裝麵積和厚度都比較大
，而且引腳在插拔過程中很容易被損壞，可靠性較差;同時由於受工藝的影響
，引腳一般都不超過100個，因此在電子產業高度集成化過程中，DIP封裝逐漸退出了曆史舞台。

 

2
、晶體管外形封裝(TO)

 

屬於早期的封裝規格，例如TO-3P、TO-247、TO-92
、TO-92L、TO-220、TO-220F、TO-251等都是插入式封裝設計。

 

TO-3P/247：是中高壓、大電流MOS管常用的封裝形式，產品具有耐壓高、抗擊穿能力強等特點。

 

TO-220/220F：TO-220F是全塑封裝，裝到散熱器上時不必加絕緣墊;TO-220帶金屬片與中間腳相連

，裝散熱器時要加絕緣墊。這兩種封裝樣式的MOS管外觀差不多
，可以互換使用。

 

TO-251：該封裝產品主要是為了降低成本和縮小產品體積，主要應用於中壓大電流60A以下
、高壓7N以下環境中。

 

TO-92：該封裝隻有低壓MOS管(電流10A以下
、耐壓值60V以下)和高壓1N60/65在采用，目的是降低成本。

 

近年來，由於插入式封裝工藝焊接成本高
、散熱性能也不如貼片式產品，使得表麵貼裝市場需求量不斷增大

，也使得TO封裝發展到表麵貼裝式封裝。TO-252(又稱之為D-PAK)和TO-263(D2PAK)就是表麵貼裝封裝。

 

TO封裝產品外觀

 

TO252/D-PAK是一種塑封貼片封裝，常用於功率晶體管、穩壓芯片的封裝，是目前主流封裝之一。

 

采用該封裝方式的MOSFET有3個電極，柵極(G)、漏極(D)、源極(S)。

 

其中漏極(D)的引腳被剪斷不用，而是使用背麵的散熱板作漏極(D)，直接焊接在PCB上，一方麵用於輸出大電流
，一方麵通過PCB散熱;所以PCB的D-PAK焊盤有三處，漏極(D)焊盤較大。其封裝規範如下：

 

TO-252/D-PAK封裝尺寸規格

 

TO-263是TO-220的一個變種，主要是為了提高生產效率和散熱而設計
，支持極高的電流和電壓，在150A以下、30V以上的中壓大電流MOS管中較為多見。

 

除了D2PAK(TO-263AB)之外，還包括TO263-2、TO263-3、TO263-5、TO263-7等樣式，與TO-263為從屬關係，主要是引出腳數量和距離不同。

 

TO-263/D2PAK封裝尺寸規格

 

3、插針網格陣列封裝(PGA)

 

PGA(Pin Grid Array  Package)芯片內外有多個方陣形的插針，每個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列，根據管腳數目的多少
，可以圍成2～5圈。安裝時，將芯片插入專門的PGA插座即可，具有插拔方便且可靠性高的優勢，能適應更高的頻率。

 

PGA封裝樣式

 

其芯片基板多數為陶瓷材質
，也有部分采用特製的塑料樹脂來做基板，在工藝上
，引腳中心距通常為2.54mm，引腳數從64到447不等。

 

這種封裝的特點是，封裝麵積(體積)越小，能夠承受的功耗(性能)就越低，反之則越高。這種封裝形式芯片在早期比較多見
，且多用於CPU等大功耗產品的封裝
，如英特爾的80486、Pentium均采用此封裝樣式;不大為MOS管廠家所采納。

 

4、小外形晶體管封裝(SOT)

 

SOT(Small Out-Line  Transistor)是貼片型小功率晶體管封裝
，主要有SOT23
、SOT89
、SOT143、SOT25(即SOT23-5)等，又衍生出SOT323
、SOT363/SOT26(即SOT23-6)等類型
，體積比TO封裝小。

 

SOT封裝類型

 

SOT23是常用的三極管封裝形式，有3條翼形引腳，分別為集電極、發射極和基極，分別列於元件長邊兩側
，其中
，發射極和基極在同一側，常見於小功率晶體管、場效應管和帶電阻網絡的複合晶體管
，強度好，但可焊性差，外形如下圖(a)所示。

 

SOT89具有3tiaoduanyinjiao，fenbuzaijingtiguandeyice，lingwaiyiceweijinshusanrepian，yujijixianglian，yizengjiasanrenengli
，changjianyuguigonglvbiaomianzuzhuangjingtiguan
，shiyongyujiaogaogonglvdechanghe，waixingruxiatu(b)所示。

 

SOT143具有4條翼形短引腳
，從兩側引出，引腳中寬度偏大的一端為集電極，這類封裝常見於高頻晶體管，外形如下圖(c)所示。

 

SOT252屬於大功率晶體管
，3條引腳從一側引出，中間一條引腳較短，為集電極，與另一端較大的引腳相連
，該引腳為散熱作用的銅片

，外形如下圖(d)所示。

 

常見SOT封裝外形比較

 

主板上常用四端引腳的SOT-89 MOSFET。其規格尺寸如下：

 

SOT-89 MOSFET尺寸規格(單位：mm)

 

5
、小外形封裝(SOP)

 

SOP(Small Out-Line  Package)是表麵貼裝型封裝之一
，也稱之為SOL或DFP，引腳從封裝兩側引出呈海鷗翼狀(L字形)。材料有塑料和陶瓷兩種。

 

SOP封裝標準有SOP-8、SOP-16、SOP-20
、SOP-28等，SOP後麵的數字表示引腳數。MOSFET的SOP封裝多數采用SOP-8規格
，業界往往把“P”省略，簡寫為SO(Small  Out-Line)。

 

SOP-8封裝尺寸

 

SO-8為PHILIP公司率先開發，采用塑料封裝
，沒有散熱底板

，散熱不良，一般用於小功率MOSFET。

 

後逐漸派生出TSOP(薄小外形封裝)、VSOP(甚小外形封裝)、SSOP(縮小型SOP)、TSSOP(薄的縮小型SOP)等標準規格;其中TSOP和TSSOP常用於MOSFET封裝。

 

常用於MOS管的SOP派生規格

 

6、方形扁平式封裝(QFP)

 

QFP(Plastic Quad Flat  Package)封裝的芯片引腳之間距離很小
，管腳很細

，一般在大規模或超大型集成電路中采用，其引腳數一般在100個以上。

 

用這種形式封裝的芯片必須采用SMT表麵安裝技術將芯片與主板焊接起來。該封裝方式具有四大特點：

 

①適用於SMD表麵安裝技術在PCB電路板上安裝布線;

②適合高頻使用;

③操作方便,可靠性高;

④芯片麵積與封裝麵積之間的比值較小。

 

與PGA封裝方式一樣
，該封裝方式將芯片包裹在塑封體內

，無法將芯片工作時產生的熱量及時導出，製約了MOSFET性能的提升;而且塑封本身增加了器件尺寸，不符合半導體向輕、薄、短、小方向發展的要求;另外
，此類封裝方式是基於單顆芯片進行，存在生產效率低、封裝成本高的問題。

 

因此，QFP更適於微處理器/門陳列等數字邏輯LSI電路采用，也適於VTR信號處理、音響信號處理等模擬LSI電路產品封裝。

 

7、四邊無引線扁平封裝(QFN)

 

QFN(Quad Flat Non-leaded package)封裝四邊配置有電極接點，由於無引線，貼裝表現出麵積比QFP小
、高度比QFP低的特點;其中陶瓷QFN也稱為LCC(Leadless Chip  Carriers)，采用玻璃環氧樹脂印刷基板基材的低成本塑料QFN則稱為塑料LCC、PCLC、P-LCC等。

 

是一種焊盤尺寸小
、體積小、以塑料作為密封材料的新興表麵貼裝芯片封裝技術。

 

QFN主要用於集成電路封裝
，MOSFET不會采用。不過因Intel提出整合驅動與MOSFET方案，而推出了采用QFN-56封裝(“56”指芯片背麵有56個連接Pin)的DrMOS。

 

需要說明的是
，QFN封裝與超薄小外形封裝(TSSOP)具有相同的外引線配置，而其尺寸卻比TSSOP的小62%。根據QFN建模數據，其熱性能比TSSOP封裝提高了55%，電性能(電感和電容)比TSSOP封裝分別提高了60%和30%。最大的缺點則是返修難度高。

 

采用QFN-56封裝的DrMOS

 

傳統的分立式DC/DC降壓開關電源無法滿足對更高功耗密度的要求
，也不能解決高開關頻率下的寄生參數影響問題。

 

隨著技術的革新與進步
，把驅動器和MOSFET整合在一起
，構建多芯片模塊已經成為了現實
，這種整合方式同時可以節省相當可觀的空間從而提升功耗密度，通過對驅動器和MOS管的優化提高電能效率和優質DC電流
，這就是整合驅動IC的DrMOS。

 

瑞薩第2代DrMOS

 

經過QFN-56無腳封裝
，讓DrMOS熱阻抗很低;借助內部引線鍵合以及銅夾帶設計，可最大程度減少外部PCB布線，從而降低電感和電阻。

 

另外，采用的深溝道矽(trench  silicon)MOSFET工藝，還能顯著降低傳導、開關和柵極電荷損耗;並能兼容多種控製器，可實現不同的工作模式，支持主動相變換模式APS(Auto Phase  Switching)。

 

除了QFN封裝外，雙邊扁平無引腳封裝(DFN)也是一種新的電子封裝工藝
，在安森美的各種元器件中得到了廣泛采用，與QFN相比，DFN少了兩邊的引出電極。

8、塑封有引線芯片載體(PLCC)

 

PLCC(Plastic Quad Flat  Package)外形呈正方形
，尺寸比DIP封裝小得多，有32個引腳
，四周都有管腳，引腳從封裝的四個側麵引出

，呈丁字形，是塑料製品。

 

其引腳中心距1.27mm

，引腳數從18到84不等，J形引腳不易變形
，比QFP容易操作，但焊接後的外觀檢查較為困難。PLCC封裝適合用SMT表麵安裝技術在PCB上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優點。

 

PLCC封裝是比較常見，用於邏輯LSI、DLD(或程邏輯器件)等電路，主板BIOS常采用的這種封裝形式，不過目前在MOS管中較少見。

 

PLCC封裝樣式

 

主流企業的封裝與改進

 

由於CPU的低電壓
、大電流的發展趨勢，對MOSFET提出輸出電流大

，導通電阻低
，發熱量低散熱快，體積小的要求。MOSFET廠chang商shang除chu了le改gai進jin芯xin片pian生sheng產chan技ji術shu和he工gong藝yi外wai，也ye不bu斷duan改gai進jin封feng裝zhuang技ji術shu，在zai與yu標biao準zhun外wai形xing規gui格ge兼jian容rong的de基ji礎chu上shang，提ti出chu新xin的de封feng裝zhuang外wai形xing

，並bing為wei自zi己ji研yan發fa的de新xin封feng裝zhuang注zhu冊ce商shang標biao名ming稱cheng。

 

1、瑞薩(RENESAS)WPAK、LFPAK和LFPAK-I封裝

 

WPAK是瑞薩開發的一種高熱輻射封裝，通過仿D-PAK封裝那樣把芯片散熱板焊接在主板上，通過主板散熱，使小形封裝的WPAK也可以達到D-PAK的輸出電流。WPAK-D2封裝了高/低2顆MOSFET，減小布線電感。

 

瑞薩WPAK封裝尺寸

 

LFPAK和LFPAK-I是瑞薩開發的另外2種與SO-8兼容的小形封裝。LFPAK類似D-PAK
，但比D-PAK體積小。LFPAK-i是將散熱板向上，通過散熱片散熱。

 

瑞薩LFPAK和LFPAK-I封裝

 

2、威世(Vishay)Power-PAK和Polar-PAK封裝

 

Power-PAK是威世公司注冊的MOSFET封裝名稱。Power-PAK包括有Power-PAK1212-8、Power-PAK  SO-8兩種規格。

 

威世Power-PAK1212-8封裝

 

威世Power-PAK SO-8封裝

 

Polar PAK是雙麵散熱的小形封裝
，也是威世核心封裝技術之一。Polar  PAK與普通的so-8封裝相同，其在封裝的上、下兩麵均設計了散熱點，封裝內部不易蓄熱，能夠將工作電流的電流密度提高至SO-8的2倍。目前威世已向意法半導體公司提供Polar  PAK技術授權。

 

威世Polar PAK封裝

 

3
、安森美(Onsemi)SO-8和WDFN8扁平引腳(Flat Lead)封裝

 

安美森半導體開發了2種扁平引腳的MOSFET，其中SO-8兼容的扁平引腳被很多板卡采用。安森美新近推出的NVMx和NVTx功率MOSFET就采用了緊湊型DFN5(SO-8FL)和WDFN8封裝，可最大限度地降低導通損耗，另外還具有低QG和電容，可將驅動器損耗降到最低的特性。

 

安森美SO-8扁平引腳封裝

 

安森美WDFN8封裝

 

4、恩智浦(NXP)LFPAK和QLPAK封裝

 

恩智浦(原Philps)對SO-8封裝技術改進為LFPAK和QLPAK。其中LFPAK被認為是世界上高度可靠的功率SO-8封裝;而QLPAK具有體積小、散熱效率更高的特點，與普通SO-8相比，QLPAK占用PCB板的麵積為6*5mm，同時熱阻為1.5k/W。

 

恩智浦LFPAK封裝

 

恩智浦QLPAK封裝

 

5、意法(ST)半導體PowerSO-8封裝

 

意法半導體功率MOSFET芯片封裝技術有SO-8、PowerSO-8、PowerFLAT
、DirectFET、PolarPAK等，其中PowerSO-8正是SO-8的改進版

，此外還有PowerSO-10、PowerSO-20

、TO-220FP、H²PAK-2等封裝。

 

意法半導體Power SO-8封裝

 

6、飛兆(Fairchild)半導體Power 56封裝

 

Power 56是Farichild的專用稱呼，正式名稱為DFN  5×6。其封裝麵積跟常用的TSOP-8不相上下，而薄型封裝又節約元件淨空高度，底部Thermal-Pad設計降低了熱阻，因此很多功率器件廠商都部署了DFN  5×6。

 

Fairchild Power 56封裝

 

7
、國際整流器(IR)Direct FET封裝

 

Direct   FET能在SO-8或更小占位麵積上，提供高效的上部散熱，適用於計算機、筆記本電腦、電信和消費電子設備的AC-DC及DC-DC功率轉換應用。與標準塑料分立封裝相比，DirectFET的金屬罐構造具有雙麵散熱功能，因而可有效將高頻DC-DC降壓式轉換器的電流處理能力增加一倍。

 

Direct FET封裝屬於反裝型，漏極(D)的散熱板朝上，並覆蓋金屬外殼，通過金屬外殼散熱。Direct  FET封裝極大地改善了散熱，並且占用空間更小，散熱良好。

 

國際整流器Direct FET封裝

 

IR Direct FET封裝係列部分產品規格

 

內部封裝改進方向

 

除了外部封裝，基於電子製造對MOS管的需求的變化，內部封裝技術也在不斷得到改進，這主要從三個方麵進行：改進封裝內部的互連技術、增加漏極散熱板
、改變散熱的熱傳導方向。

 

1
、封裝內部的互連技術

 

TO、D-PAK、SOT、SOP等采用焊線式的內部互連封裝技術
，當CPU或GPU供電發展到低電壓、大電流時代，焊線式的SO-8封裝就受到了封裝電阻、封裝電感、PN結到PCB和外殼熱阻等因素的限製。

 

SO-8內部封裝結構

 

這四種限製對其電學和熱學性能有著極大的影響。隨著電流密度的提高，MOSFET廠商在采用SO-8尺寸規格時，同步對焊線互連形式進行了改進，用金屬帶、或金屬夾板代替焊線，以降低封裝電阻
、電感和熱阻。

 

標準型SO-8與無導線SO-8封裝對比

 

國際整流器(IR)的改進技術稱之為Copper Strap;威世(Vishay)稱之為Power Connect技術;飛兆半導體則叫做Wireless  Package。新技術采用銅帶取代焊線後，熱阻降低了10-20%，源極至封裝的電阻降低了61%。

 

國際整流器的Copper Strap技術

 

威世的Power Connect技術

 

飛兆半導體的Wirless Package技術

 

2、增加漏極散熱板

 

標準的SO-8封裝采用塑料將芯片包圍，低熱阻的熱傳導通路隻是芯片到PCB的引腳。而底部緊貼PCB的塑料外殼是熱的不良導體，故而影響了漏極的散熱。

 

技術改進就是要除去引線框下方的塑封化合物
，方法是讓引線框金屬結構直接或加一層金屬板與PCB接觸，並焊接到PCB焊盤上，這樣就提供了更多的散熱接觸麵積
，把熱量從芯片上帶走;同時也可以製成更薄的器件。

 

威世Power-PAK技術

 

威世的Power-PAK
、法意半導體的Power SO-8
、安美森半導體的SO-8 Flat Lead、瑞薩的WPAK/LFPAK
、飛兆半導體的Power  56和Bottomless Package都采用了此散熱技術。

 

3、改變散熱的熱傳導方向

 

Power-PAK的封裝雖然顯著減小了芯片到PCB的熱阻，但當電流需求繼續增大時，PCB同時會出現熱飽和現象。所以散熱技術的進一步改進就是改變散熱方向，讓芯片的熱量傳導到散熱器而不是PCB。

 

瑞薩LFPAK-i封裝

 

瑞薩的LFPAK-I封裝
、國際整流器的Direct FET封裝均是這種散熱技術的典型代表。

 

總結

 

未來，隨著電子製造業繼續朝著超薄、小型化、低電壓、大電流方向的發展，MOS管的外形及內部封裝結構也會隨之改變
，以更好適應製造業的發展需求。另外，為降低電子製造商的選用門檻，MOS管向模塊化、係統級封裝方向發展的趨勢也將越來越明顯
，產品將從性能、成本等多維度協調發展。

 

而封裝作為MOS管guan選xuan型xing的de重zhong要yao參can考kao因yin素su之zhi一yi，不bu同tong的de電dian子zi產chan品pin有you不bu同tong的de電dian性xing要yao求qiu，不bu同tong的de安an裝zhuang環huan境jing也ye需xu要yao匹pi配pei的de尺chi寸cun規gui格ge來lai滿man足zu。實shi際ji選xuan用yong中zhong
，應ying在zai大da原yuan則ze下xia，根gen據ju實shi際ji需xu求qiu情qing況kuang來lai做zuo抉jue擇ze。

 

有些電子係統受製於PCB的尺寸和內部的高度
，如通信係統的模塊電源由於高度的限製通常采用DFN5*6
、DFN3*3的封裝;在有些ACDC的電源中

，使用超薄設計或由於外殼的限製，適於裝配TO220封裝的功率MOS管，此時引腳可直接插到根部，而不適於使用TO247封裝的產品;也有些超薄設計需要將器件管腳折彎平放
，這會加大MOS管選用的複雜度。

 

 

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