MOS管的封装形式及选择

MOS管的封装是指把硅片上的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便与其它器件连接，并为MOS管芯片加上一个外壳，该封装外壳主要起着支撑、保护和冷却的作用，同时还可为芯片提供电气连接和隔离。以下是MOS管的封装形式及选择的介绍：

一、MOS管的封装形式

按照安装在PCB板上的方式来划分，MOS管封装主要有两大类：插入式（Through Hole）和表面贴装式（Surface Mount）。

1. 插入式封装 ：MOSFET的管脚穿过PCB板的安装孔并焊接在PCB板上。常见的插入式封装有：
   • 双列直插式封装（DIP） ：有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上，其派生方式为SDIP（Shrink DIP），即紧缩双入线封装，较DIP的针脚密度高6倍。DIP封装结构形式有：多层陶瓷双列直插式DIP、单层陶瓷双列直插式DIP、引线框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式、塑料包封结构式、陶瓷低熔玻璃封装式）等。DIP封装的特点是可以很方便地实现PCB板的穿孔焊接，和主板有很好的兼容性。但由于其封装面积和厚度都比较大，引脚在插拔过程中容易被损坏，可靠性较差；同时受工艺影响，引脚一般不超过100个，因此在电子产业高度集成化过程中，DIP封装逐渐退出了历史舞台。
   • 晶体管外形封装（TO） ：属于早期的封装规格，例如TO-3P、TO-247、TO-92、TO-92L、TO-220、TO-220F、TO-251等都是插入式封装设计。其中，TO-3P/247是中高压、大电流MOS管常用的封装形式，产品具有耐压高、抗击穿能力强等特点；TO-220/220F中，TO-220F是全塑封装，装到散热器上时不必加绝缘垫，TO-220带金属片与中间脚相连，装散热器时要加绝缘垫，这两种封装样式的MOS管外观差不多，可以互换使用；TO-251封装产品主要是为了降低成本和缩小产品体积，主要应用于中压大电流60A以下、高压7N以下环境中；TO-92封装只有低压MOS管（电流10A以下、耐压值60V以下）和高压1N60/65在采用，目的是降低成本。近年来，由于插入式封装工艺焊接成本高、散热性能也不如贴片式产品，使得表面贴装市场需求量不断增大，TO封装也发展到表面贴装式封装，如TO-252（又称之为D-PAK）和TO-263（D2PAK）。
   • 插针网格阵列封装（PGA） ：芯片内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，根据管脚数目的多少，可以围成2~5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座即可，具有插拔方便且可靠性高的优势，能适应更高的频率。其芯片基板多数为陶瓷材质，也有部分采用特制的塑料树脂来做基板。在工艺上，引脚中心距通常为2.54mm，引脚数从64到447不等。这种封装的特点是，封装面积（体积）越小，能够承受的功耗（性能）就越低，反之则越高。这种封装形式芯片在早期比较多见，且多用于CPU等大功耗产品的封装，如英特尔的80486、Pentium均采用此封装样式，但不大为MOS管厂家所采纳。
2. 表面贴装式封装 ：MOSFET的管脚及散热法兰焊接在PCB板表面的焊盘上。典型表面贴装式封装有：
   • 晶体管外形（D-PAK） ：一种塑封贴片封装，常用于功率晶体管、稳压芯片的封装，是目前主流封装之一。采用该封装方式的MOSFET有3个电极，栅极（G）、漏极（D）、源极（S）。其中漏极（D）的引脚被剪断不用，而是使用背面的散热板作漏极（D），直接焊接在PCB上，一方面用于输出大电流，一方面通过PCB散热；所以PCB的D-PAK焊盘有三处，漏极（D）焊盘较大。
   • 小外形晶体管（SOT） ：是贴片型小功率晶体管封装，主要有SOT23、SOT89、SOT143、SOT25（即SOT23-5）等，又衍生出SOT323、SOT363/SOT26（即SOT23-6）等类型，体积比TO封装小。其中，SOT23是常用的三极管封装形式，有3条翼形引脚，分别为集电极、发射极和基极，分别列于元件长边两侧，发射极和基极在同一侧，常见于小功率晶体管、场效应管和带电阻网络的复合晶体管，强度好但可焊性差；SOT89具有3条短引脚，分布在晶体管的一侧，另外一侧为金属散热片，与基极相连，以增加散热能力，常见于硅功率表面组装晶体管，适用于较高功率的场合；SOT143具有4条翼形短引脚，从两侧引出，引脚中宽度偏大的一端为集电极，这类封装常见于高频晶体管；SOT252属于大功率晶体管，3条引脚从一侧引出，中间一条引脚较短，为集电极，与另一端较大的引脚相连，该引脚为散热作用的铜片。
   • 小外形封装（SOP） ：也称之为SOL或DFP，引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状（L字形），材料有塑料和陶瓷两种。SOP封装标准有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等，SOP后面的数字表示引脚数。MOSFET的SOP封装多数采用SOP-8规格，业界往往把“P”省略，简写为SO（Small Out-Line）。SO-8为PHILIP公司率先开发，采用塑料封装，没有散热底板，散热不良，一般用于小功率MOSFET。后逐渐派生出TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）等标准规格，其中TSOP和TSSOP常用于MOSFET封装。
   • 方形扁平式封装（QFP） ：封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般在大规模或超大型集成电路中采用，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMT表面安装技术将芯片与主板焊接起来。该封装方式的特点包括：适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线；芯片面积与封装面积之间的比值较小。与PGA封装方式一样，该封装方式也存在不足，即将芯片包裹在塑封体内，无法将芯片工作时产生的热量及时导出，制约了MOSFET性能的提升；而且塑封本身增加了器件尺寸，不符合半导体向轻、薄、短、小方向发展的要求；另外，此类封装方式是基于单颗芯片进行，存在生产效率低、封装成本高的问题。因此，QFP更适于微处理器/门陈列等数字逻辑LSI电路采用，也适于VTR信号处理、音响信号处理等模拟LSI电路产品封装。
   • 塑封有引线芯片载体（PLCC） ：也是表面贴装式封装的一种。

二、MOS管封装的选择

MOS管封装的选择取决于多种因素，包括应用需求、性能要求、成本考虑以及生产工艺等。以下是一些选择MOS管封装时需要考虑的关键因素：

1. 应用需求 ：根据MOS管在电路中的具体应用，选择适合的封装形式。例如，对于需要高功率输出的应用，可以选择能够承受大电流和高压的封装形式，如TO-3P、TO-247等；对于空间受限的应用，可以选择体积较小的封装形式，如SOT、SOP等。
2. 性能要求 ：考虑MOS管的电气性能、散热性能以及可靠性等因素。不同的封装形式对MOS管的性能有一定影响。例如，D-PAK封装具有良好的散热性能，适用于功率较大的应用；而SOP封装则适用于小功率、低电压的应用。
3. 成本考虑 ：封装成本是MOS管总成本的一部分，不同封装形式的成本差异较大。在选择封装时，需要根据预算和成本效益进行权衡。
4. 生产工艺 ：考虑生产工艺的兼容性和生产效率。例如，表面贴装式封装更适合自动化生产线，可以提高生产效率；而插入式封装则需要更多的手工操作，生产效率相对较低。

综上所述，MOS管的封装形式多种多样，选择时需要根据具体的应用需求、性能要求、成本考虑以及生产工艺等因素进行综合考虑。通过合理的选择，可以确保MOS管在电路中发挥最佳的性能，同时满足生产成本和可靠性的要求。