01

認識（shí）功（gōng）率器件

1.1 功率（lǜ）半導體器件在工業 、消費 、軍事等領域都有著廣泛應用 ，具有很（hěn）高的戰略地位，下麵我們從一張（zhāng）圖看功率器件的全貌（mào）：

1.2 功率半導體器件又可根據對（duì）電路信號的（de）控程度分為全型 、半控型及不可；或按（àn）驅動電（diàn）路信號 性質分為電壓驅動（dòng）型 、電（diàn）流驅動型等劃分類別 電流驅動型等劃分類別 電流驅動型等劃分類別 。

1.3 不同功率（lǜ）半導體器（qì）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 ，實際使用中 ， 需（xū）要根（gēn）據不同領域 、不同需（xū）求來選（xuǎn）用合適的器件。

1.4 半（bàn）導體行業從誕生至今 ，先後經曆了三代材料的變更程 ，截至目前 ，功率半導體器件領域仍主要采 用以 Si 為代表的第一半導體材（cái）料 。

1.5 匯總下（xià）半控（kòng）型和全控型功率器件的（de）特（tè）性

02

認識MOSFET

2.1 MOS管具有輸入阻抗高、噪聲（shēng）低、熱穩定性好；製造工藝簡單、輻射強，因而通常被用（yòng）於放（fàng）大電路或開關電（diàn）路；

（1）主要選型參數：漏源電壓VDS（耐壓），ID 連續漏電流，RDS(on) 導通電（diàn）阻，Ciss 輸入電（diàn）容（結電容），品質因數FOM=Ron * Qg等。
（2）根據不同的工藝又分為
Trench MOS：溝槽型MOS，主要（yào）低壓領域100V內；SGT (Split Gate)MOS：分裂柵MOS，主要中低壓領（lǐng）域200V內；SJ MOS：超結MOS，主要在高壓領域 600-800V；
在開關電源中，如漏極開（kāi）路電路，漏極原封（fēng）不動地接負載（zǎi），叫開路漏極，開（kāi）路漏極電路中不管負載接多高（gāo）的電壓（yā），都能夠接通和關斷負載電（diàn）流（liú）。是（shì）理想的模擬開關器件。這就是MOS管做開關器件的原理（詳細請關（guān）注作者其他MOS詳解）。

2.2 從市（shì）場份額看，MOSFET幾乎（hū）都集中在國際大（dà）廠手中，其中英（yīng）飛淩2015年收購了IR（美（měi）國國際整流器公司）成（chéng）為行業（yè）龍頭，安森美也在2016年（nián）9月完成對仙童半導體的收購後，市占率躍升至第二，然後銷售排名分別是瑞薩、東芝、萬國、ST、威世（shì）、安（ān）世、美格納等等；
與（yǔ）活躍於中國大陸的國際（jì）廠商相比，國產企業優勢不明顯，但這不能說國產沒有機會（huì），中（zhōng）國大陸是世界上產業鏈最齊全的經濟（jì）活躍區，在功（gōng）率半導體領域活躍著一批本土製造企業，目前已基本（běn）完成（chéng）產業鏈（liàn）布局，且處於快速發展中；特別是MOSFET領域，國產在中低壓（yā）領（lǐng）域替換進口品（pǐn）牌潛力最大，且部分國產、如士蘭、華潤微（中航）、吉林華（huá）微等都在（zài）努力進入世界排（pái）名；

03

主流MOS管品牌

3.1 MOS管分（fèn）為幾大係（xì）列：美（měi）係、日係、韓（hán）係（xì）、國產。

美係：英飛淩、IR，仙（xiān）童，安森美，ST，TI ，PI，AOS美國萬代半（bàn）導體等；

日係：東芝，瑞薩，ROHM羅姆等；

韓係：SEMIHOW，美格納，KEC，AUK，信安，KIA

國產：吉林華微電子股份有限公司，揚（yáng）州（zhōu）揚傑電子科技股份有限公司，

杭州士蘭微電子股份有（yǒu）限公司，華潤微電子（zǐ）（重慶）有（yǒu）限公司，無錫新潔能，西安後裔，深圳銳駿半導體，無錫華潤華（huá）晶微電子（zǐ）有限公（gōng）司，江蘇東晨（chén）電（diàn）子科技有限公司（前身（shēn）東光微），東微半（bàn）導體，威兆半導體（tǐ），蘇州矽能，無錫市芯途半（bàn）導（dǎo）體有限公司

台（tái）係：ANPEC，CET華瑞，友順UTC，台灣綠（lǜ）星等（děng）；

04

MOS管封裝分類

按照安（ān）裝在（zài）PCB板上的方式來（lái）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（chuān）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（sān）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（jiē）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（xíng）晶體管(SOT)、小外形（xíng）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（tiē）裝式封裝

隨（suí）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（shǎo），更多地選（xuǎn）用了表（biǎo）麵（miàn）貼裝式封（fēng）裝方式。

1、雙列直插式封裝(DIP)

DIP封裝有（yǒu）兩排（pái）引腳，需要插（chā）入到具有（yǒu）DIP結構的芯片插座上，其派生方式為SDIP(Shrink DIP)，即緊（jǐn）縮雙入（rù）線封裝，較（jiào）DIP的針腳（jiǎo）密度高6倍。

DIP封裝結（jié）構形式有：多層陶瓷雙（shuāng）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（fēng）接式、塑料包封結構式（shì）、陶瓷低熔玻璃封裝式（shì）)等。DIP封（fēng）裝的特點是可以很方便地（dì）實（shí）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（jī）和厚度都（dōu）比（bǐ）較（jiào）大，而且引腳在插拔過程中（zhōng）很容易被損壞（huài），可靠性（xìng）較差;同（tóng）時由於受工藝的影響，引腳一般都不超過100個，因此（cǐ）在電子產業高度集成（chéng）化過程中，DIP封裝逐（zhú）漸退出了曆史（shǐ）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（zhuāng）設計。

TO-3P/247：是（shì）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（zhuāng）散熱器時要加絕緣墊。這（zhè）兩種封裝樣式（shì）的MOS管外觀差不多，可以互（hù）換使用。

TO-251：該封裝產品主要是為了降低成本和縮小產品（pǐn）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（yā）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（jìn）年來，由於插（chā）入式封裝工（gōng）藝焊接成本高、散熱性能也不（bú）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（dào）表麵貼裝式封裝（zhuāng）。TO-252(又稱之為D-PAK)和TO-263(D2PAK)就是表麵貼裝封裝（zhuāng）。

TO封裝產（chǎn）品外（wài）觀

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

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

其中漏極(D)的引腳被剪斷不用，而是（shì）使用背麵的（de）散熱板（bǎn）作漏極(D)，直（zhí）接（jiē）焊接在PCB上，一方麵（miàn）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（hàn）盤（pán）較大。其封裝規範如下：

TO-252/D-PAK封裝尺（chǐ）寸規格

TO-263是（shì）TO-220的一個變種，主要是為了提高生產效率和散熱而設計（jì），支（zhī）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（jù）離（lí）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（piàn）的四周間（jiān）隔一定距離排列，根據管（guǎn）腳數目的（de）多少，可以圍（wéi）成2～5圈。安裝時，將芯片插入專（zhuān）門的PGA插座即可，具有插拔方便且可靠（kào）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（táo）瓷材質，也有部分采用特製的塑料樹脂來做基（jī）板，在（zài）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（tè）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（xīn）片在早期比較多見，且多用於CPU等大功（gōng）耗產品的（de）封裝，如英特爾的80486、Pentium均采用此封裝樣式;不大為MOS管（guǎn）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（xiǎo）功率晶體管封裝，主（zhǔ）要有SOT23、SOT89、SOT143、SOT25(即SOT23-5)等，又衍生出（chū）SOT323、SOT363/SOT26(即SOT23-6)等（děng）類型（xíng），體積（jī）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（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（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（tú）(b)所示。

SOT143具有4條翼形（xíng）短引（yǐn）腳（jiǎo），從兩側引（yǐn）出，引腳（jiǎo）中寬度偏大的一端為集電極，這類封裝（zhuāng）常見於高頻晶（jīng）體管（guǎn），外形如下圖(c)所示。

SOT252屬於大功率晶（jīng）體管，3條引腳（jiǎo）從一（yī）側引（yǐn）出，中（zhōng）間一條引腳較短，為集電極，與另一（yī）端較大的引腳相連，該（gāi）引腳為散熱作（zuò）用的銅片，外形（xíng）如下（xià）圖(d)所（suǒ）示。

常見SOT封裝外形比較

主板上常用四端引腳（jiǎo）的SOT-89 MOSFET。其規格尺寸如（rú）下：

SOT-89 MOSFET尺寸規格(單位（wèi）：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（wéi）SOL或DFP，引腳從封裝兩側引出呈海鷗翼狀(L字（zì）形（xíng）)。材料（liào）有塑料和陶瓷兩種。

SOP封裝（zhuāng）標準有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等（děng），SOP後麵（miàn）的數字表（biǎo）示引腳數（shù）。MOSFET的SOP封裝多（duō）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（fā），采用塑料封裝，沒（méi）有散（sàn）熱底板，散熱不良，一（yī）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（wài）形封裝)、SSOP(縮小型SOP)、TSSOP(薄的（de）縮小型SOP)等標準（zhǔn）規格;其中（zhōng）TSOP和TSSOP常用於MOSFET封裝。

常（cháng）用於MOS管的SOP派生規格

6、方形扁平式封裝（zhuāng）(QFP)

QFP(Plastic Quad Flat Package)封裝的（de）芯片引腳之間距（jù）離很小，管腳很細，一般在大規模或（huò）超大型（xíng）集成電路中采用，其引（yǐn）腳數（shù）一般在100個以（yǐ）上（shàng）。

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

與PGA封裝方式一樣，該（gāi）封裝方式將芯片包裹在塑封體內，無（wú）法將芯片工作時產生的熱量及（jí）時（shí）導出，製約了MOSFET性能的（de）提升;而且塑封本（běn）身增加了器件尺寸，不符合（hé）半導體向輕、薄、短、小方向發展的要求;另外，此類封（fēng）裝方式是基於（yú）單顆芯片進行，存在生產效率（lǜ）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（cǎi）用，也適於（yú）VTR信號（hào）處（chù）理、音響信（xìn）號處理等模擬LSI電路產品封裝。

7、四（sì）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（zhōng）陶瓷QFN也稱為LCC(Leadless Chip Carriers)，采用玻璃環氧樹脂印刷基板基材（cái）的低成本塑（sù）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（sù）料作為密封材（cái）料的新興表麵貼（tiē）裝芯（xīn）片封裝技術。

QFN主要用於（yú）集成電（diàn）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（chū）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（báo）小（xiǎo）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（gēn）據QFN建模數據，其熱（rè）性能比TSSOP封裝提（tí）高了（le）55%，電性能(電感和電容)比（bǐ）TSSOP封裝分別提高了60%和30%。最大的缺點則是返修難度高（gāo）。

采用QFN-56封裝的DrMOS

傳統的分立（lì）式DC/DC降壓開（kāi）關電源無法滿足對更（gèng）高功耗（hào）密度的（de）要求，也不能解（jiě）決（jué）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（zài）一起，構建多芯片（piàn）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（zhěng）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（hěn）低;借助內部引（yǐn）線鍵合以（yǐ）及銅夾帶設計，可（kě）最大程度減（jiǎn）少外部PCB布線，從（cóng）而降低（dī）電感和電阻。

另外，采用的深溝道矽(trench silicon)MOSFET工藝，還能顯著（zhe）降低（dī）傳（chuán）導、開關和柵極（jí）電荷（hé）損耗;並能兼容（róng）多種控製器，可實現不同的工作模式，支持主動相（xiàng）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（gōng）藝，在安森美的（de）各種（zhǒng）元器（qì）件（jiàn）中得到了廣泛采用，與QFN相比，DFN少了兩（liǎng）邊的引出電極（jí）。

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（gè）引（yǐn）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（xīn）距1.27mm，引腳數從（cóng）18到84不等，J形引腳不（bú）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（zhuāng）布線，具有外（wài）形尺寸小、可靠性（xìng）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Bioses常采用的這種封裝形（xíng）式，不過目前（qián）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（diàn）壓、大電流的（de）發展趨勢，對MOSFET提出輸出電流大（dà），導通電阻低，發熱量低散熱快，體（tǐ）積小的要求（qiú）。MOSFET廠商除了改進芯片生產技術和工藝外，也不斷改進封裝（zhuāng）技術，在與（yǔ）標準外形規格兼容的基礎上，提出新（xīn）的封裝外形，並為自己研發的新封（fēng）裝注冊（cè）商（shāng）標名稱。

1、瑞薩(RENESAS)WPAK、LFPAK和LFPAK-I封裝

WPAK是瑞薩開發的一（yī）種（zhǒng）高熱輻射（shè）封裝，通過仿D-PAK封裝那樣把芯片散熱板焊接（jiē）在主板上，通過主板（bǎn）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（gāo）/低2顆MOSFET，減小布線電（diàn）感。

瑞薩WPAK封裝尺寸（cùn）

LFPAK和LFPAK-I是瑞薩（sà）開發的另外2種與SO-8兼容的小形（xíng）封（fēng）裝（zhuāng）。LFPAK類似D-PAK，但比D-PAK體積小。LFPAK-i是將散（sàn）熱（rè）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是威世公司注冊的（de）MOSFET封（fēng）裝名稱。Power-PAK包括有Power-PAK1212-8、Power-PAK SO-8兩種規格。

威世（shì）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（yě）是威世核心封（fēng）裝技術（shù）之一。Polar PAK與普（pǔ）通（tōng）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（gāo）至SO-8的2倍。目前威世已向意法半導（dǎo）體公（gōng）司提供（gòng）Polar PAK技術授權。

威（wēi）世（shì）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（zhǒng）扁平引腳的MOSFET，其中SO-8兼容的扁平（píng）引腳被（bèi）很多板卡采用。安（ān）森美新近推出的NVMx和NVTx功率MOSFET就采用（yòng）了（le）緊湊型DFN5(SO-8FL)和WDFN8封裝，可最大限度地降低導通損（sǔn）耗，另外（wài）還具有低QG和電容，可將驅動（dòng）器損耗降到最低的（de）特性。

安森美SO-8扁平引腳封裝（zhuāng）

安森美WDFN8封裝

4、恩（ēn）智浦(NXP)LFPAK和QLPAK封裝

恩智浦(原Philps)對SO-8封裝技（jì）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（gèng）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（zǔ）為1.5k/W。

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