01

認識功率器件

1.1 功率半導體器件在工業（yè） 、消費 、軍事等領域都有（yǒu）著廣泛應用 ，具有很高的戰略地位，下麵我們從一（yī）張（zhāng）圖看功率器件的全（quán）貌：

1.2 功率半導體（tǐ）器件（jiàn）又可根據（jù）對（duì）電路信（xìn）號的控程度分為全型 、半控型及不（bú）可；或按驅動電（diàn）路信號 性質分為電壓驅動型 、電流驅動型（xíng）等劃分類別 電流驅動（dòng）型等劃分類別 電流驅（qū）動（dòng）型等劃分類別 。

1.3 不同功率半導體器件 ，其承受電壓 、電流容量 、阻抗能力 、體積大小等特性也會不同（tóng） ，實際使用中 ， 需要根據不（bú）同領域 、不同需求來選用合適的器件（jiàn）。

1.4 半導體行業從誕生至今 ，先（xiān）後經曆了三代材料的（de）變更程 ，截至目前 ，功率（lǜ）半導體器件（jiàn）領域仍主（zhǔ）要采 用以 Si 為代（dài）表的（de）第一半導體材料 。

1.5 匯總下半控（kòng）型和全控型功率器件的特性

02

認識MOSFET

2.1 MOS管具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩定性好；製（zhì）造工藝簡單、輻（fú）射強，因而（ér）通常（cháng）被用於放大電路或開（kāi）關電路；

（1）主要選型參數：漏源電壓VDS（耐壓），ID 連續漏（lòu）電流，RDS(on) 導（dǎo）通（tōng）電阻，Ciss 輸入電（diàn）容（結電容），品質因數FOM=Ron * Qg等。
（2）根（gēn）據不同的工藝又分為
Trench MOS：溝槽型（xíng）MOS，主要低壓領（lǐng）域（yù）100V內；SGT (Split Gate)MOS：分裂柵（shān）MOS，主要中低壓領域200V內；SJ MOS：超結MOS，主（zhǔ）要在高壓領域 600-800V；
在開關電（diàn）源中，如漏極開路電路，漏極原封不（bú）動地接負載，叫開路漏極，開路漏極電路中不管負載接多（duō）高的（de）電壓，都能夠接通和關斷負載電（diàn）流。是理想的模擬開關器件。這就是（shì）MOS管做開關器件的（de）原理（詳細請關注作者其他MOS詳解）。

2.2 從市場份額看，MOSFET幾乎都集中在國際大廠（chǎng）手中，其中英飛淩2015年收購了IR（美國國際整流器公司）成為行業龍頭（tóu），安（ān）森美也在2016年9月完成（chéng）對仙童（tóng）半導體的收購後，市占率躍升至第二，然後銷售排名分別是瑞薩（sà）、東芝、萬國、ST、威世、安世、美（měi）格納等等；
與活躍（yuè）於中（zhōng）國大陸的國際廠商相比，國產企業優勢不明顯，但這不能說國產沒有機會，中國大陸是世界（jiè）上產業鏈最（zuì）齊全的經濟活（huó）躍區，在功率半導體領域活躍著一批本土（tǔ）製造（zào）企業，目前已基本完（wán）成產業（yè）鏈布局，且處於快速發展中；特別是MOSFET領域，國產在中低壓領域替換進口品牌（pái）潛力最大，且部分（fèn）國產、如士蘭、華潤微（中航（háng））、吉林華微（wēi）等都在努（nǔ）力進入世界排名；

03

主流（liú）MOS管品牌

3.1 MOS管分（fèn）為幾大係列：美係、日係、韓係（xì）、國產。

美係：英（yīng）飛淩、IR，仙童，安森美，ST，TI ，PI，AOS美國萬代半導體等；

日係：東芝，瑞薩，ROHM羅姆等（děng）；

韓係：SEMIHOW，美格納，KEC，AUK，信安，KIA

國產：吉林華微電子股份（fèn）有限公司，揚州揚傑電子科技股份有限公司，

杭州士蘭（lán）微電子（zǐ）股份有限公司，華潤微電子（重慶（qìng））有限公司，無錫新（xīn）潔能，西安後裔，深圳銳駿半導體，無錫華潤華晶微電子（zǐ）有限公司，江蘇東晨電子科技有限（xiàn）公司（前（qián）身東光微），東微半導（dǎo）體，威兆半導體（tǐ），蘇州矽能，無錫市芯途半導體有限公司

台係：ANPEC，CET華（huá）瑞，友順UTC，台灣綠星等；

04

MOS管封裝（zhuāng）分類

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

插入式就是MOSFET的管腳（jiǎo）穿（chuān）過PCB板的安裝孔（kǒng）並焊接在PCB板上。常見（jiàn）的插（chā）入式封（fēng）裝有：雙列直插（chā）式封裝(DIP)、晶體管外形封裝(TO)、插針網格陣（zhèn）列封裝(PGA)三種樣式。

插入（rù）式封裝

表麵貼裝則是MOSFET的管腳（jiǎo）及散熱（rè）法蘭焊接（jiē）在（zài）PCB板表麵的焊盤上。典型表麵（miàn）貼裝式封裝（zhuāng）有：晶體管外形(D-PAK)、小外（wài）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（fēng）裝

隨著技術的發展，目前主板、顯卡等的PCB板采用（yòng）直插式封裝方（fāng）式的越來越少，更多地選用了（le）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（dào）具（jù）有（yǒu）DIP結構的芯片插（chā）座上，其派生方式為SDIP(Shrink DIP)，即緊縮雙入線封裝，較（jiào）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（xiàn）框架式DIP(含玻璃陶瓷封接（jiē）式、塑（sù）料包封結構式、陶瓷低熔玻璃封裝式)等。DIP封裝的特點（diǎn）是可以很方便地實現PCB板的穿孔焊接，和主板（bǎn）有很好的兼容性。

但由於其封裝麵積和厚度都比較大，而（ér）且引腳在插拔（bá）過程中很容易（yì）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（tǐ）管外形封（fēng）裝(TO)

屬於早期的封裝規格（gé），例如TO-3P、TO-247、TO-92、TO-92L、TO-220、TO-220F、TO-251等（děng）都是（shì）插入式封（fēng）裝（zhuāng）設計。

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

TO-220/220F：TO-220F是（shì）全塑封（fēng）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（yuán）墊。這兩種封裝（zhuāng）樣（yàng）式的MOS管外觀差（chà）不多，可以互換使用。

TO-251：該封（fēng）裝產品主要是為了降低（dī）成本和縮小（xiǎo）產品體積，主要應用於中壓大電流60A以下、高壓7N以下環（huán）境中。

TO-92：該封裝（zhuāng）隻有低壓MOS管(電（diàn）流10A以（yǐ）下、耐壓（yā）值60V以下)和高（gāo）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（biǎo）麵貼裝（zhuāng）市場（chǎng）需求量不斷增大，也使得TO封裝發展到表（biǎo）麵貼裝式封裝。TO-252(又稱之為D-PAK)和（hé）TO-263(D2PAK)就是表麵貼裝封（fēng）裝。

TO封裝產品外觀

TO252/D-PAK是一種塑（sù）封貼片封（fēng）裝，常用於功率晶體管、穩（wěn）壓芯片（piàn）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（jí）(D)、源（yuán）極(S)。

其中漏極(D)的引腳被剪斷不用，而（ér）是使用背麵的散熱板作漏極(D)，直接（jiē）焊（hàn）接在PCB上，一方麵用於輸出大電流，一（yī）方麵通過PCB散熱;所以PCB的（de）D-PAK焊（hàn）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（de）一個變種，主要是為了提高生產效率和散熱而設計（jì），支持極（jí）高的電流和電壓，在（zài）150A以下、30V以上的中壓大電流（liú）MOS管中較為多見。

除了D2PAK(TO-263AB)之外，還（hái）包括（kuò）TO263-2、TO263-3、TO263-5、TO263-7等（děng）樣式（shì），與TO-263為從屬關係，主要是引出（chū）腳數量和距離不同。

TO-263/D2PAK封裝（zhuāng）尺寸規格

3、插針網格（gé）陣列封裝(PGA)

PGA(Pin Grid Array Package)芯片內外有（yǒu）多個方陣形的插針，每個方陣形插針沿芯片的（de）四周（zhōu）間隔一定距離排列，根據管腳數目的多少（shǎo），可（kě）以圍成2～5圈。安裝時，將芯片（piàn）插入專門的PGA插座即可，具有插拔（bá）方（fāng）便（biàn）且（qiě）可靠性高的優（yōu）勢，能適應更（gèng）高的頻率（lǜ）。

PGA封（fēng）裝（zhuāng）樣式

其芯片（piàn）基板多數為陶瓷材質，也（yě）有部分采用特製的（de）塑（sù）料樹脂來做基板，在（zài）工（gōng）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（miàn）積（jī）(體積)越（yuè）小，能夠承受的功耗(性能)就越低，反之則越高。這（zhè）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（yòng）此封裝樣式;不大為（wéi）MOS管廠家所（suǒ）采納。

4、小外形晶體管（guǎn）封裝(SOT)

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

SOT封（fēng）裝類型

SOT23是常（cháng）用的三極（jí）管封（fēng）裝形式，有（yǒu）3條翼（yì）形引腳，分別（bié）為（wéi）集電（diàn）極、發射極和基極，分別列於（yú）元件長邊（biān）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（xiào）應管和帶電阻網絡的複合晶體管，強度好，但可（kě）焊性差，外形如下圖(a)所示。

SOT89具有（yǒu）3條短引腳，分布在晶體管的一側，另外一側為金屬散熱片，與基極相連，以增加散熱能力，常見於矽功率表（biǎo）麵組裝晶體管，適用於較高功率的場合，外形如下圖(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（lèi）封裝常見於（yú）高頻晶體管，外形如下圖(c)所（suǒ）示。

SOT252屬於大功率晶體管，3條（tiáo）引腳從一側引出，中間一條引腳（jiǎo）較短，為集電極，與另一端較大的引（yǐn）腳相連，該引（yǐn）腳為散熱作（zuò）用的銅片，外形如下圖(d)所示。

常見SOT封裝外形比（bǐ）較

主板上常用四（sì）端引腳的SOT-89 MOSFET。其規格尺（chǐ）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（shì）表（biǎo）麵貼裝型封裝之一，也稱之為SOL或DFP，引腳從封（fēng）裝兩側引出呈海鷗（ōu）翼狀(L字形)。材料有塑料和陶瓷（cí）兩種。

SOP封裝標準（zhǔn）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（gé），業界往（wǎng）往把“P”省略（luè），簡寫為SO(Small Out-Line)。

SOP-8封裝尺寸（cùn）

SO-8為PHILIP公司率先開（kāi）發，采用塑料封裝，沒有散熱底板（bǎn），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（shèn）小（xiǎo）外形（xíng）封裝（zhuāng）)、SSOP(縮小型（xíng）SOP)、TSSOP(薄的縮小型（xíng）SOP)等標準規格;其中TSOP和TSSOP常用於MOSFET封裝（zhuāng）。

常用於（yú）MOS管的（de）SOP派生規格

6、方形扁平式封裝(QFP)

QFP(Plastic Quad Flat Package)封裝的芯（xīn）片引（yǐn）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（cǎi）用，其引腳數一般在100個以上。

用這種形式封裝的芯片必須（xū）采（cǎi）用SMT表麵安裝技（jì）術將芯片與主板焊接起來。該封裝方式具有四大特點：

與PGA封裝方式一樣，該封（fēng）裝方式（shì）將芯片包裹在塑封體內，無法將芯片工作時產生（shēng）的熱量及時導出，製（zhì）約了MOSFET性能的提升;而（ér）且塑封本身增加了（le）器件尺寸，不符合半導體向輕（qīng）、薄、短、小方向發展的要求（qiú）;另外，此類封裝方式是基於單顆芯片進（jìn）行（háng），存在生產效率低、封裝成本高的（de）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（xìn）號（hào）處理、音響信號處理等模擬LSI電路產品封（fēng）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（wú）引線，貼裝表現出麵積比QFP小、高度比QFP低的特（tè）點;其中陶瓷QFN也稱為LCC(Leadless Chip Carriers)，采（cǎi）用玻璃環氧樹脂印刷基板基材的低成本塑（sù）料QFN則稱為塑（sù）料LCC、PCLC、P-LCC等（děng）。

是一種焊（hàn）盤尺寸（cùn）小、體積小、以塑料作為密封材料的新（xīn）興表麵貼裝芯片封裝技術（shù）。

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

需要說（shuō）明的（de）是，QFN封裝與超薄小外形封裝(TSSOP)具（jù）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（shù）據，其熱性能比TSSOP封裝提高了（le）55%，電性能(電感和電容)比TSSOP封（fēng）裝（zhuāng）分（fèn）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（zú）對更高功耗密度的要求，也不能解決高開關（guān）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（gòu）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（xiàng）當可觀的空間從而提升功耗密度，通過對驅動（dòng）器和MOS管（guǎn）的優化提高電（diàn）能（néng）效率和優質DC電流，這就是整合驅動IC的DrMOS。

瑞薩（sà）第2代（dài）DrMOS

經過QFN-56無腳封裝，讓DrMOS熱（rè）阻抗（kàng）很低;借助內部引線鍵合（hé）以及銅夾帶設計，可最大程度（dù）減少外（wài）部PCB布線，從而降低電感和電阻。

另（lìng）外，采用的深溝道矽(trench silicon)MOSFET工藝，還能顯著降（jiàng）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（zhǔ）動相變（biàn）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（měi）的各種元器件中得到了廣泛采（cǎi）用（yòng），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（dé）多，有（yǒu）32個引腳，四周都有管腳，引腳從封裝的四個側麵引出（chū），呈丁字形，是（shì）塑料製品。

其引腳中心距（jù）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（hòu）的外（wài）觀檢查（chá）較（jiào）為困難。PLCC封裝適（shì）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（yú）邏輯LSI、DLD(或程邏輯器件)等電路，主板Bioses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（de）封裝與改進

由於CPU的低電壓、大電（diàn）流的發展趨勢，對MOSFET提（tí）出輸出電流大，導通電阻低（dī），發熱量低散熱快，體（tǐ）積小的要求。MOSFET廠商除了改進芯片（piàn）生產技術和工藝外，也不斷改進封裝技術，在與（yǔ）標準外形規格兼容的基礎上，提出新的封裝外形，並（bìng）為（wéi）自己研發的新封裝注冊商（shāng）標名（míng）稱（chēng）。

1、瑞薩(RENESAS)WPAK、LFPAK和LFPAK-I封裝（zhuāng）

WPAK是瑞薩開發的（de）一種高熱輻射封裝，通過仿D-PAK封（fēng）裝（zhuāng）那樣把芯片（piàn）散熱板焊接在主板（bǎn）上，通（tōng）過主板散熱，使小形封裝的WPAK也（yě）可以達到D-PAK的輸出電流。WPAK-D2封（fēng）裝了高/低2顆MOSFET，減小布（bù）線電感。

瑞薩WPAK封裝尺寸

LFPAK和LFPAK-I是瑞薩（sà）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（tǐ）積小。LFPAK-i是將散（sàn）熱板向上，通過散熱（rè）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（shì）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（miàn）散熱的小形封裝，也（yě）是威世核心封裝技術之一。Polar PAK與普通的so-8封裝相同，其（qí）在封裝的上（shàng）、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（hé）NVTx功率MOSFET就采用了緊湊（còu）型DFN5(SO-8FL)和WDFN8封裝，可最大限度地降低導通損耗，另外還（hái）具有低QG和電容（róng），可將驅動器損耗（hào）降到最低的特性。

安森（sēn）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（bèi）認為是（shì）世界（jiè）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（zhàn）用PCB板（bǎn）的麵積（jī）為（wéi）6*5mm，同時熱阻為（wéi）1.5k/W。

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