【導讀】實現更高功率密度的障礙是什麼？實際上，熱性能是電源管理集成電路 (IC) 在電氣方麵的附加特性
，既無法忽略也不能使用係統級過濾元件“優化”。要緩解係統過熱問題，需要在開發過程的每個步驟中進行關鍵的微調
，以便設計能夠滿足給定尺寸約束下的係統要求。以下是 TI 專注於優化熱性能和突破芯片級功率密度障礙的三個關鍵領域。

幾乎每個應用中的半導體數量都在成倍增加
，電子工程師麵臨的諸多設計挑戰都歸結於需要更高的功率密度。例如下麵這幾類應用： 

●   超大規模數據中心：機架式服務器工作使用的功率讓人難以置信，這讓公用事業公司和電力工程師難以跟上不斷增長的電力需求。

●   電動汽車：從內燃機到 800V 電池包的過渡會導致動力總成的半導體組件數量呈指數增加。

●   商業和家庭安防應用：隨著可視門鈴和互聯網協議攝像頭變得越來越普遍
，它們的尺寸越來越小，這對必要的散熱解決方案增加了約束。

實現更高功率密度的障礙是什麼？實際上，熱性能是電源管理集成電路 (IC) 在電氣方麵的附加特性，既無法忽略也不能使用係統級過濾元件“優化”。要緩解係統過熱問題，需要在開發過程的每個步驟中進行關鍵的微調，以便設計能夠滿足給定尺寸約束下的係統要求。以下是 TI 專注於優化熱性能和突破芯片級功率密度障礙的三個關鍵領域。

工藝技術創新

許多全球半導體製造商都在競相提供電源管理產品
，這些產品利用工藝技術節點在業界通用封裝中實現更高的性能。例如，TI 持續投資 45nm 和 65nm 工藝技術，利用內部技術開發以及 300mm 製造效能來提供針對成本、性能、功率、精(jing)度(du)和(he)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)的(de)產(chan)品(pin)。我(wo)們(men)的(de)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)也(ye)幫(bang)助(zhu)我(wo)們(men)創(chuang)造(zao)出(chu)在(zai)各(ge)種(zhong)熱(re)條(tiao)件(jian)下(xia)保(bao)持(chi)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)產(chan)品(pin)。例(li)如(ru)，降(jiang)低(di)集(ji)成(cheng)金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)半(ban)導(dao)體(ti)場(chang)效(xiao)應(ying)晶(jing)體(ti)管(guan) (MOSFET) 的特定導通狀態電阻 (RSP) 或漏源導通狀態電阻 (RDS(on))，可以更大限度地減小芯片尺寸，同時提高熱性能。氮化镓 (GaN) 或碳化矽等其他半導體開關也是如此。

以 TPS566242 降壓轉換器為例，如圖 1 中所示。新的工藝節點通過集成功能並提供額外的接地連接優化了引腳布局
，有助於在 1.6mm x 1.6mm SOT-563 封裝中提供 6A 輸shu出chu電dian流liu。如ru果guo您nin五wu年nian前qian問wen我wo微wei型xing引yin線xian式shi簡jian易yi封feng裝zhuang是shi否fou實shi現xian這zhe種zhong類lei型xing的de性xing能neng，我wo會hui表biao示shi懷huai疑yi。但dan現xian在zai

，這zhe已yi經jing成cheng為wei了le可ke能neng。這zhe就jiu是shi工gong藝yi技ji術shu的de魅mei力li。

圖 1：TPS566242 同步降壓轉換器可提供高達 6A 的連續電流

電路設計技術

chulezaigongyijishucengmiantigaoxiaolvzhiwai
，chuangzaoxingdedianlushejizaitigaogonglvmidufangmianyefahuizhezhongyaozuoyong。shejirenyuanlilaishiyongfenlishirechabakongzhiqilaibaohudadianliuqiyeyingyong。zhexieyuanjiankeyitigongkekaodebaohugongneng，dansuizhezhongduanshebeizhizaoshang（和消費者）需要更大的電流能力，分立式電源設計可能會變得過大，尤其是對於服務器電源單元 (PSU) 等通常需要 300A 或更高電流的應用。

TPS25985 電子保險絲將集成式 0.59mΩ FET yudianliujiancefangdaqidapeishiyong。zhegefangdaqi，jiashangyizhongxindeyouyuandianliugongxiangfangfa，kerangninqingsongjinxingwendujiankong。tongguojieheshiyonggaoxiaodekaiguanyuchuangxindejichengfangfa，TPS25985 可以提供高達 70A 的峰值電流
，並且您可以輕鬆堆疊多個電子保險絲，獲得更高的功率。

熱優化封裝研發

盡管減少散發到印刷電路板 (PCB) 或係統中的熱量是一項基本要求
，但現實情況是
，過多的熱量仍然存在
，尤其是在功率要求更高或係統環境溫度升高的情況下。TI 最近增強了其 HotRodTm Quad-Flat-No lead (QFN) 封裝的性能
，包含更大的裸片連接焊盤 (DAP)，可實現更好的散熱。圖 2 顯示了 6A、36V TLVM13660 降壓電源模塊的總 DAP 麵積和引腳易用性。

圖 2：TLVM13660 底部包括四個導熱墊
，所有信號和電源引腳均分布在外圍，便於布局和處理

要了解有關這些封裝演變的更多信息，請參閱模擬設計期刊文章

，“采用小型直流/直流轉換器進行設計：HotRod QFN 與增強型 HotRod QFN 封裝”。

係統級散熱解決方案

對於服務器 PSU 等大功率應用，具有頂部冷卻功能的 GaN 是一種非常有效的散熱方法，可以在不使 PCB 變熱的情況下去除 IC 中的熱量。LMG3522R030-Q1 GaN FET 在頂部冷卻封裝中集成了柵極驅動器和保護功能。圖 3 顯示了具有有源鉗位、功率密度大於 270W/in3 的 3kW 相移全橋參考設計的“隔離式直流/直流”部分，該設計利用 LMG3522 實現了 97.74% 的峰值效率。

圖 3：具有有源鉗位的 3kW 相移全橋參考設計

當然，考慮到諸如 PCB 層數或組裝流程和係統成本限製等不同
，您可能希望擁有靈活的冷卻選項。在這些情況下
，LMG3422R030 集成式 GaN FET 等底部冷卻 IC 可能更適用。

結語

隻有采用多方麵的工藝和封裝技術並具備電源設計專業知識，才能在降低熱影響的同時保持高性能。在 TI
，我們的產品設計人員
、係統工程師、封裝研發和製造團隊都密切關注散熱問題，從而在不影響熱性能的情況下實現更高的功率密度。

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