功率半导体封装的趋势分析

以下文章来源于芝能智芯 ，作者陶烟烟

随着电动汽车和可再生能源的不断普及，功率半导体市场正迎来显著增长，并在封装领域发生巨大变革。封装的复杂性逐渐增加，以适应各种高功率和高温条件的应用。英飞凌中功率电压MOSFET总监Brian LaValle指出：“随着我们在硅本身方面取得进步，封装开始变得越来越重要。”

随着对更快开关频率和更高功率密度的需求增加，用于基板、芯片贴装、引线键合和系统冷却的材料也经历了重大变化。在高功率和高电流方面，电源模块以分立封装和集成模块的形式提供，根据设备规格和使用条件，为制造商提供竞争优势。一些最为常见的有通孔封装，例如 TO-247 和 TO-220，带有长银引线，以及表面贴装 (SMT) 组件，包括 D2PAK、DPAK、SO-8，以及无引线 (TOLL)、PQFN 和 CSP。

顶部冷却 SMT 能够提供更低的热阻，因为排水片直接连接到散热器。由于 SMT 中的栅极环路更小，这种方法还可以提高开关性能。暴露的源极片可以与散热器齐平，从而提高器件的电流能力。整体解决方案包括通过单面或双面冷却来有效管理热量，以及在框架或模制模块中进行多芯片集成。

功率四方扁平无引线 (PQFN) 封装是目前最受欢迎的选择之一。原因在于其紧凑的尺寸（3 x 3mm 至 8 x 8mm）、低寄生效应、极低的导通电阻 [RDS(on)]、出色的热性能，以及多种多芯片、多夹子和电线变化的选择。PQFN 还与 GaN 兼容，适用于汽车，并提供双散热器选项。

电力电子器件正从传统的硅 MOSFET 和 IGBT 转向基于碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 的器件。SiC 和 GaN 具有更宽的带隙，能够在更小的尺寸下实现更高的开关功率、更高的工作频率和更低的 RDS(on)。SiC 成为电池电动汽车车载充电、牵引逆变和 DC-DC 转换的首选材料，尽管其工作温度较高，价格与硅系统相当。

功率器件的结构与传统的 CMOS FET 不同，是垂直器件而不是平面器件。虽然它们不同于 CMOS 器件的缩放特性，但通过一些方法实现了有效的扩展。热管理和封装技术：对于高功率密度的功率半导体，热管理至关重要。工程师采用一些技术，如微流体冷却和直接键合铜 (DBC) 连接，以优化封装结构和减小尺寸。 为了减少寄生效应，工程师采用嵌入式芯片基板技术，通过在基板中集成功率器件和无源器件，以及使用短连接路径和导电迹线，实现高效能和低功耗。