01

認識功（gōng）率器件

1.1 功（gōng）率半導體器件在工業 、消費 、軍（jun1）事等領域（yù）都有著廣泛應用 ，具有很高的戰略地位，下麵我們從（cóng）一張圖看功率器（qì）件的全貌：

1.2 功（gōng）率半導體器件（jiàn）又（yòu）可根據對電路信號的（de）控程度分為全型（xíng） 、半控型及不可；或按驅動電（diàn）路信號 性（xìng）質分為電壓驅動（dòng）型 、電流驅動型等劃分類別 電流驅（qū）動型等劃分類別 電流驅動型等劃分類別 。

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（xiǎo）等特性也會不同 ，實際使用中 ， 需要（yào）根據不（bú）同領（lǐng）域 、不（bú）同需求來選用（yòng）合適的器件。

1.4 半導體行業從誕生至今 ，先後經曆了三代材料的變更（gèng）程 ，截至目（mù）前（qián） ，功率半導（dǎo）體器件領域仍主要采 用以 Si 為代表的第一半導體材料 。

1.5 匯總下半控型和（hé）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；製造工（gōng）藝簡單、輻射強，因而通常被用於放大電（diàn）路或開（kāi）關（guān）電（diàn）路；

（1）主要選型參數（shù）：漏源電壓VDS（耐壓），ID 連（lián）續漏電流，RDS(on) 導通（tōng）電阻，Ciss 輸入（rù）電容（結（jié）電容），品質因數FOM=Ron * Qg等。
（2）根據不同的工（gōng）藝又分為
Trench MOS：溝槽（cáo）型MOS，主要低壓領域（yù）100V內；SGT (Split Gate)MOS：分裂柵MOS，主要中低壓領域200V內（nèi）；SJ MOS：超結（jié）MOS，主要（yào）在高壓領域 600-800V；
在開（kāi）關電源中，如漏極開路電路，漏極（jí）原封不動（dòng）地接負載，叫開路漏極，開路（lù）漏極電路中不管負載接多高的電壓，都能夠接通和關斷負載電流。是理想的模（mó）擬開關器件（jiàn）。這就是MOS管做開關（guān）器件的原理（詳細請關注作者（zhě）其他MOS詳解）。

2.2 從市場份額看，MOSFET幾乎都集中在國際大廠手（shǒu）中，其中英飛淩2015年收購了（le）IR（美國國際整流器（qì）公司）成為行業（yè）龍頭，安森美也在2016年（nián）9月完成對（duì）仙童（tóng）半導（dǎo）體的收購後，市占率躍升至第（dì）二，然後銷售排名分別是瑞薩、東芝、萬國、ST、威世（shì）、安（ān）世、美格納等等；
與（yǔ）活躍（yuè）於中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（jī）會，中國大（dà）陸是（shì）世界上產業鏈最齊全的經濟活（huó）躍（yuè）區（qū），在功率半導體領域活（huó）躍著一批本土（tǔ）製造企業，目前已基本完成產業鏈布局，且（qiě）處於快速發展中（zhōng）；特別是（shì）MOSFET領域，國產（chǎn）在中低壓領域替換進口品（pǐn）牌潛力最大，且部（bù）分國產、如士蘭、華潤微（中航）、吉林華微等（děng）都在努力進入世界排名；

03

主（zhǔ）流MOS管（guǎn）品牌

3.1 MOS管分為幾大係列：美（měi）係、日係（xì）、韓係、國產。

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

日（rì）係：東芝，瑞薩，ROHM羅姆等；

韓（hán）係（xì）：SEMIHOW，美格納，KEC，AUK，信安，KIA

國產：吉林華微電子股份有（yǒu）限公司，揚州揚傑電子科（kē）技股（gǔ）份有限公司，

杭州士蘭微電子股份有限（xiàn）公司，華潤微電子（重（chóng）慶）有限公司，無錫新潔能，西安後裔，深圳（zhèn）銳駿半導體，無錫華潤華晶微電子有限公司，江蘇東晨電子科技有限公司（前身東光（guāng）微），東微半導（dǎo）體，威兆半導體，蘇州矽能（néng），無錫市芯途（tú）半導（dǎo）體有限公司

台係：ANPEC，CET華瑞，友順UTC，台（tái）灣綠星等；

04

MOS管封裝分類

按照安裝（zhuāng）在PCB板上的方式來劃分，MOS管封（fēng）裝（zhuāng）主要有兩大類：插入（rù）式(Through Hole)和表麵貼裝式(Surface Mount)。

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

插（chā）入式封裝

表麵貼裝則（zé）是MOSFET的管腳及散熱法蘭焊接在（zài）PCB板表麵的焊盤上。典（diǎn）型表麵貼（tiē）裝式封裝有：晶體管外形(D-PAK)、小外形晶體管(SOT)、小外形封裝（zhuāng）(SOP)、方形扁平式封裝(QFP)、塑封有引線芯片載體（tǐ）(PLCC)等。

表麵貼（tiē）裝式封裝

隨（suí）著技術（shù）的發展，目前主板（bǎn）、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（shuāng）列直插式封裝（zhuāng）(DIP)

DIP封裝（zhuāng）有兩排引腳，需要插入到具（jù）有DIP結構（gòu）的芯片插座（zuò）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（fēng）裝結構形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP、單（dān）層陶（táo）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（fēng）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（bǎn）的穿孔焊接，和主（zhǔ）板有很好（hǎo）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（bèi）損壞，可（kě）靠性較差;同時由於（yú）受工（gōng）藝的影（yǐng）響（xiǎng），引腳一般都不超過100個，因此在電子產業高度集成化（huà）過程中，DIP封裝逐漸退（tuì）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（shì）插入式封裝設計。

TO-3P/247：是中高壓、大電流（liú）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（shí）不必加絕（jué）緣墊;TO-220帶金屬片與中間腳相連，裝（zhuāng）散（sàn）熱器時要加絕緣墊。這兩種封裝樣式的MOS管外（wài）觀差不多，可以（yǐ）互換使用。

TO-251：該封裝產品（pǐn）主要是（shì）為了降（jiàng）低成本和縮小產品（pǐn）體積，主要應用於中壓大電流60A以下（xià）、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（yòng），目的（de）是降（jiàng）低成本（běn）。

近年（nián）來，由於插入式封裝工藝焊接成本高、散熱性能也（yě）不如貼片（piàn）式產品，使得表麵貼裝市（shì）場需（xū）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（fēng）裝產品外觀

TO252/D-PAK是一種塑封貼（tiē）片封裝，常用（yòng）於功率晶體管、穩壓（yā）芯片（piàn）的封裝，是目前主流（liú）封裝之一（yī）。

采用該（gāi）封（fēng）裝（zhuāng）方式的MOSFET有（yǒu）3個電極，柵極(G)、漏極(D)、源極(S)。

其中漏極(D)的引腳被剪（jiǎn）斷不用，而是使用背麵（miàn）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（yī）方麵通過PCB散熱;所以PCB的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（chǐ）寸規格

TO-263是TO-220的一個變種，主要是為了提高生（shēng）產效（xiào）率和散（sàn）熱而設計，支持極高的電流和（hé）電壓，在150A以下、30V以上的中壓大（dà）電（diàn）流MOS管中較（jiào）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（liè）封裝(PGA)

PGA(Pin Grid Array Package)芯片內外有多個方陣形的插針（zhēn），每（měi）個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列，根（gēn）據管腳數目的多（duō）少，可以圍成2～5圈（quān）。安裝時，將（jiāng）芯片插入專門的（de）PGA插座即（jí）可，具有插拔方便且可靠性高（gāo）的優（yōu）勢，能適應更高（gāo）的頻率。

PGA封裝樣式

其芯片（piàn）基板多數（shù）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（jù）通常為2.54mm，引（yǐn）腳數從（cóng）64到（dào）447不（bú）等。

這種封裝的特點是，封裝麵積(體積)越小，能夠（gòu）承受的功耗(性（xìng）能)就越低（dī），反之（zhī）則（zé）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（chǎn）品的封裝，如英特爾的（de）80486、Pentium均采用此封裝樣式;不大為MOS管廠家所采納。

4、小外形（xíng）晶體管（guǎn）封（fēng）裝(SOT)

SOT(Small Out-Line Transistor)是（shì）貼片（piàn）型小功（gōng）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（lèi）型，體積比TO封裝小。

SOT封裝類型

SOT23是常用（yòng）的三極管封裝形式，有（yǒu）3條翼形（xíng）引腳，分別為集電極、發射極和基極，分別列於元（yuán）件長邊（biān）兩側，其中（zhōng），發射極和基極在同一側，常見於小功率晶體管、場效應（yīng）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（jiā）散熱能力，常（cháng）見於矽功率（lǜ）表麵組裝晶體管，適用於較高功率的場合，外形如下圖(b)所（suǒ）示。

SOT143具有4條翼形（xíng）短引腳，從兩側引出，引腳中寬度偏大（dà）的（de）一（yī）端為集電極，這類（lèi）封裝常見於（yú）高（gāo）頻晶體管，外（wài）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（jiào）大的引腳相連，該引腳為散熱作用的銅片，外（wài）形如下圖(d)所示。

常見SOT封裝外（wài）形比較

主板上常用四端（duān）引（yǐn）腳的SOT-89 MOSFET。其規格尺寸如（rú）下：

SOT-89 MOSFET尺寸規格(單位：mm)

5、小外形（xíng）封裝(SOP)

SOP(Small Out-Line Package)是表麵貼（tiē）裝型封裝之（zhī）一（yī），也稱之為SOL或DFP，引腳從封裝兩側引出呈海鷗翼（yì）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（hòu）麵的數字表示引腳（jiǎo）數。MOSFET的SOP封裝多數采用SOP-8規格（gé），業（yè）界往往把“P”省略，簡寫為SO(Small Out-Line)。

SOP-8封（fēng）裝尺寸

SO-8為PHILIP公司率先開發，采用（yòng）塑料封裝，沒有散熱（rè）底板，散熱（rè）不良，一般用於小功率MOSFET。

後逐漸派生出（chū）TSOP(薄小外形封裝)、VSOP(甚小外形封裝)、SSOP(縮小（xiǎo）型SOP)、TSSOP(薄（báo）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（fēng）裝的芯片引腳之間距離很（hěn）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（fēng）裝的芯（xīn）片必須采用SMT表麵安裝技術將芯片與（yǔ）主板焊接起來。該封裝方（fāng）式具有四大特點：

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（jiāng）芯片工作（zuò）時產生的熱量及時導出，製（zhì）約了（le）MOSFET性能的提（tí）升;而且塑封本身（shēn）增加了器件尺寸，不符合（hé）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（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（biān）配置有電極（jí）接點，由於無引線，貼裝表現出麵積比QFP小、高度比QFP低的（de）特（tè）點;其（qí）中陶瓷QFN也稱為LCC(Leadless Chip Carriers)，采用玻璃環（huán）氧（yǎng）樹脂（zhī）印刷基板基材的低成本塑料QFN則稱為塑料（liào）LCC、PCLC、P-LCC等（děng）。

是一種（zhǒng）焊盤尺寸小、體積小、以塑料（liào）作為密封材料的新興（xìng）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（zhuāng）(“56”指芯片背麵有56個連接Pin)的DrMOS。

需要說明的是（shì），QFN封裝與超薄小外形封裝（zhuāng）(TSSOP)具有（yǒu）相同的外引（yǐn）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（zhuāng）分別提高了60%和30%。最大的缺點則是返修難度（dù）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（yě）不能（néng）解決高開關頻率下的寄生參數影響問題。

隨著技術的革新（xīn）與進步，把驅動器和MOSFET整合在一起，構建多（duō）芯片模塊已經成為了現實，這（zhè）種整合方式同時可以節省相當可觀的（de）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（wú）腳封裝（zhuāng），讓DrMOS熱阻抗很低;借助內部引（yǐn）線鍵（jiàn）合以及銅夾帶設計，可（kě）最大（dà）程（chéng）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（guī）(trench silicon)MOSFET工（gōng）藝，還能顯著降低傳導、開（kāi）關和柵極電荷損耗;並能兼容多種控製器，可實現不同（tóng）的工作（zuò）模式，支持主動相變換（huàn）模式APS(Auto Phase Switching)。

除了QFN封裝外（wài），雙邊扁平無引腳封裝（zhuāng）(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（yǔ）QFN相比，DFN少了兩邊的（de）引（yǐn）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（fēng）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（zhì）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（dàn）焊接後的外觀檢查較為困難。PLCC封裝適合（hé）用SMT表麵（miàn）安裝技（jì）術在PCB上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優點（diǎn）。

PLCC封裝是比較常見（jiàn），用於邏輯LSI、DLD(或程邏輯（jí）器件)等電路，主板Bioses常采用的這種（zhǒng）封裝形式，不（bú）過目前（qián）在MOS管中較少見。

PLCC封裝樣式

主流企（qǐ）業的封裝與改（gǎi）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（dī），發熱量低散熱快，體積小的要求。MOSFET廠商除了改進芯片生產技術和工（gōng）藝外，也不斷改進封裝技術，在（zài）與標準外形（xíng）規格兼容的基礎上，提出新的封裝外形，並為自己研發的新（xīn）封裝注冊商標名稱。

1、瑞薩(RENESAS)WPAK、LFPAK和LFPAK-I封裝

WPAK是瑞薩開發的一種高（gāo）熱輻射封裝，通過仿（fǎng）D-PAK封（fēng）裝那樣（yàng）把芯片散熱板焊接在（zài）主板上（shàng），通過主板散熱，使小形封裝的WPAK也可以達（dá）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（chǐ）寸

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

瑞（ruì）薩（sà）LFPAK和LFPAK-I封（fēng）裝

2、威世(Vishay)Power-PAK和Polar-PAK封（fēng）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（zhuāng）

威世Power-PAK SO-8封裝

Polar PAK是雙麵散（sàn）熱的小形封裝，也是威世核心封裝（zhuāng）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（shè）計了散熱（rè）點（diǎn），封裝（zhuāng）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（zhōng）SO-8兼容（róng）的扁平引腳被很多板卡采用。安森美新近推出的（de）NVMx和NVTx功（gōng）率MOSFET就采用了緊湊型DFN5(SO-8FL)和WDFN8封裝（zhuāng），可（kě）最大限度地降低導通損耗（hào），另外還具有低QG和電容（róng），可將驅動器損耗降到最低的特性。

安森美SO-8扁平引腳（jiǎo）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（jiè）上高度可靠的（de）功率SO-8封裝;而QLPAK具有體積小、散熱效率（lǜ）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。

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