从封装看功率芯片:碳化硅T 2 PAK封装的优势
电动汽车(EV)、可再生能源系统和人工智能(AI)数据中心等领域电气化进程的持续提速,正不断给电源系统带来更大压力,对电源系统的效率、小型化及低温运行能力提出了更高要求。这构成了一个长期存在的难题:功率密度的提升与系统尺寸的缩减往往会造成严重的散热瓶颈。
这是当下电源系统设计人员面临的核心挑战,高效的散热管理已成为一大设计难关。全球市场正加速 碳化硅 (SiC)技术的应用落地,但散热设计却时常成为掣肘SiC性能发挥的因素。传统 封装 方案往往力不从心,难以满足大功率 碳化硅 应用的散热需求,迫使设计人员不得不在开关性能与散热效率之间做出权衡。
面对日益严苛的应用需求,新型 封装 方案提供了更优的热管理能力与运行效率。
电气化挑战
配电板目前普遍超负荷运行,多数情况下已触及散热能力的极限,工程师再也无法将功率开关产生的多余热量传导至这些配电板上。
D2PAK(TO-263-7L)与TO-247-4L这两种MOSFET 封装 因具备相对出色的散热性能而被广泛熟知,但在紧凑的空间中,二者的短板便暴露无遗:
TO-247-4L:散热表现可满足基本需求,通过简易的螺丝夹即可与散热片实现连接,形成通畅的散热路径。但在狭小空间内,其引脚、导电线路及周边电容会形成较大的换流回路(即所有寄生电感的总和),进而可能引发明显的电压过冲、开关速度下降以及开关损耗增加等问题。
D2PAK:作为表面贴装器件(SMD),凭借较短的铜质走线,大幅缩小了换流回路面积,可有效缓解杂散电感问题。相比TO-247-4L,D2PAK也能实现更快的开关速度。然而,D2PAK封装只能经由印刷电路板(PCB)散出热量,这就造成了散热片和器件之间的热阻会变得更大。
设计人员亟需一种解决方案,在无需牺牲性能、不必扩大系统体积的前提下,突破上述性能取舍的两难困境。 T2PAK 封装应运而生。
T2PAK 的特别之处
T2PAK 封装将安森美(onsemi)先进的 碳化硅 技术与目前应用最为广泛的顶部散热(TSC)封装形式相结合。它独具匠心的设计可兼顾出色的散热性能与优异的开关性能,不仅兼具TO-247-4L和D2PAK两种封装的优势,还能做到无明显短板。
顶部散热优势
TSC技术可在SMD中实现MOSFET与应用散热片的直接热耦合,使得热量能够脱离配电板,直接传导至系统的散热架构或金属外壳中,从而规避了D2PAK封装需经由PCB散热所面临的散热瓶颈。优势具体如下:
出色的散热性能:热量直接传导至散热片,可有效降低器件的工作环境温度。
降低热应力:将热量从主板导出,可降低其他元器件承受的热应力,有助于维持PCB处于较低温度,进而延长器件使用寿命并提升系统可靠性。
低杂散电感:像NTT2023N065M3S和NVT2023N065M3S这类具备优异开关特性的器件,其总栅极电荷(≈74nC)与输出电容(≈195pF)均处于极低水平,可实现更高的可靠性和更低的损耗。
设计灵活性:EliteSiC出色的品质因数(FOM),与顶部散热型T2PAK封装相结合,能够助力设计人员实现更高效率、更小尺寸的应用方案。