01

認（rèn）識功率器件（jiàn）

1.1 功率半導體器（qì）件在工業 、消費 、軍事（shì）等領域都有著廣泛應用（yòng） ，具有很高的戰略地位，下麵我們從一張圖看功率（lǜ）器件的全（quán）貌：

1.2 功率半導（dǎo）體器件又可根據對電路信（xìn）號（hào）的控程（chéng）度分為全（quán）型 、半控型及不可；或按驅動電路信號（hào） 性質分（fèn）為電壓驅動型 、電流驅動型（xíng）等（děng）劃分類別 電流驅動型（xíng）等劃分類別 電流驅動型（xíng）等劃分類別 。

1.3 不同功率半導體器件 ，其承受電壓 、電（diàn）流容量（liàng） 、阻抗能力 、體積大小等特（tè）性（xìng）也（yě）會不同 ，實際使用中（zhōng） ， 需要根據不同領域 、不同需（xū）求來選（xuǎn）用合適的器（qì）件。

1.4 半導體行業從誕生至今 ，先後經曆了（le）三代材料的變更程 ，截至目（mù）前（qián） ，功率半導體（tǐ）器（qì）件領域仍主要采 用以 Si 為代表的第一半導體材（cái）料 。

1.5 匯總下半控型和全控型功（gōng）率器件的特性

02

認識（shí）MOSFET

2.1 MOS管具有輸入阻抗高（gāo）、噪聲低、熱穩定性（xìng）好（hǎo）；製造工藝簡單、輻射強，因而通常被用於放大電路或（huò）開關電（diàn）路；

（1）主要選型參數（shù）：漏源電壓VDS（耐壓），ID 連續漏電流（liú），RDS(on) 導（dǎo）通電阻，Ciss 輸入電容（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（xíng）MOS，主要（yào）低壓領域100V內；SGT (Split Gate)MOS：分裂柵MOS，主要中低壓領域（yù）200V內；SJ MOS：超結（jié）MOS，主要在（zài）高（gāo）壓領域 600-800V；
在（zài）開關電源中（zhōng），如漏（lòu）極（jí）開路電路，漏極原封不動地（dì）接負載，叫開路漏極（jí），開路漏極電路中不管負載接（jiē）多（duō）高的電壓，都能夠接通和關斷負載電流。是理想的模擬開關器（qì）件。這就是MOS管（guǎn）做開關器件的原理（詳細請關注（zhù）作者其他MOS詳解）。

2.2 從市場份額看，MOSFET幾乎都集中（zhōng）在國際（jì）大廠手中，其中英飛淩（líng）2015年（nián）收購了IR（美國（guó）國際整（zhěng）流器公司）成為行業龍頭，安森美（měi）也在2016年9月完成（chéng）對仙（xiān）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（dōng）芝、萬國（guó）、ST、威世、安（ān）世、美格納等等；
與活躍於中（zhōng）國大（dà）陸的國際廠商（shāng）相比，國產（chǎn）企業優勢不明顯，但這不能說國產（chǎn）沒有機會，中國大陸是世界上產業（yè）鏈最齊全的經濟活躍區，在功率半導體領域活躍著一批本土製造企業，目前（qián）已基本完成產業鏈布局，且處於快速發展中；特別是MOSFET領域，國產在中低壓領域替換（huàn）進口品牌潛力最大，且部（bù）分國產、如士蘭、華潤微（中航）、吉林華（huá）微等都在努力進入世界排名；

03

主流MOS管品牌

3.1 MOS管分為幾大係列：美係（xì）、日係、韓係、國產。

美係：英飛淩、IR，仙（xiān）童，安（ān）森美，ST，TI ，PI，AOS美（měi）國萬代半導體（tǐ）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（diàn）子股份有限公司，揚州揚傑電子科技股份有限（xiàn）公司，

杭州士蘭微電子（zǐ）股份有限公司，華潤（rùn）微電子（重慶）有限公司，無錫新潔能，西安後（hòu）裔，深圳銳駿半導體，無（wú）錫華潤華晶微電（diàn）子有限公司，江蘇東晨電子科（kē）技有限公司（前身東光微），東微半（bàn）導體，威兆半導體，蘇州矽能，無錫市芯途（tú）半導體有限公司

台係：ANPEC，CET華（huá）瑞，友順UTC，台灣綠星等；

04

MOS管封裝分類

按照安裝在PCB板上（shàng）的方（fāng）式來（lái）劃分，MOS管封裝主要有兩大類：插（chā）入式(Through Hole)和表麵貼裝式(Surface Mount)。

插入式就是MOSFET的管（guǎn）腳穿過PCB板的安（ān）裝孔並焊（hàn）接（jiē）在PCB板上。常見的插入式（shì）封裝有：雙（shuāng）列直插式封（fēng）裝(DIP)、晶體管外（wài）形封裝(TO)、插針網格（gé）陣列封裝(PGA)三種樣式。

插入（rù）式封（fēng）裝

表麵貼裝則是MOSFET的管腳及散熱法蘭焊（hàn）接在PCB板表麵的焊（hàn）盤上。典型表麵貼裝式封（fēng）裝有：晶體管外（wài）形(D-PAK)、小外（wài）形晶體（tǐ）管（guǎn）(SOT)、小外形封裝(SOP)、方形扁平（píng）式（shì）封裝(QFP)、塑封有引線芯片載體(PLCC)等。

表（biǎo）麵貼裝（zhuāng）式封（fēng）裝（zhuāng）

隨著技術的發展，目前主板、顯（xiǎn）卡等（děng）的PCB板采用直插式（shì）封裝（zhuāng）方式的越（yuè）來越少，更多地（dì）選用了表麵貼裝式封裝方式。

1、雙列直插式封裝(DIP)

DIP封（fēng）裝有兩排引腳，需要插入到（dào）具有DIP結構的芯片插座（zuò）上，其派生方式為SDIP(Shrink DIP)，即緊縮雙入線封裝，較DIP的針腳（jiǎo）密度高6倍。

DIP封裝結構形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP、單層陶瓷雙列直插（chā）式DIP、引線（xiàn）框架式DIP(含玻璃陶（táo）瓷封接式、塑料包封結構式、陶瓷低熔玻璃封裝式（shì）)等。DIP封裝的特點是可以（yǐ）很方便地實現PCB板的穿孔焊接，和主板有很好的兼容性。

但由於其封裝（zhuāng）麵積和厚度都比較大，而且（qiě）引腳在插拔過程中很（hěn）容易被損壞，可靠性較差;同（tóng）時由於受（shòu）工藝的影響，引腳一（yī）般都不（bú）超（chāo）過100個，因此在電子產業高度（dù）集成化過（guò）程中，DIP封裝逐漸退出了曆史舞台。

2、晶體（tǐ）管外形封裝(TO)

屬於早期的封裝規格，例如（rú）TO-3P、TO-247、TO-92、TO-92L、TO-220、TO-220F、TO-251等都是插（chā）入式封裝（zhuāng）設計。

TO-3P/247：是中高壓（yā）、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（dào）散熱（rè）器（qì）上時（shí）不必加絕緣墊;TO-220帶金（jīn）屬片與（yǔ）中間腳相連，裝散熱器時要加絕緣墊。這兩種封裝樣式的MOS管外觀差不多，可以互（hù）換使用。

TO-251：該封裝產品（pǐn）主要是為了降低成本和縮小（xiǎo）產品（pǐn）體積，主要應用於中壓大電流（liú）60A以下、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（yā）值60V以下（xià）)和高壓1N60/65在采用，目的是降低成本。

近年來，由於插入式封裝工藝焊接成本高、散熱性（xìng）能也（yě）不如貼片式產品，使得表麵貼裝（zhuāng）市場需求量不（bú）斷增大，也使（shǐ）得TO封裝發展到（dào）表麵貼裝式封裝。TO-252(又（yòu）稱之為D-PAK)和（hé）TO-263(D2PAK)就是表麵（miàn）貼裝封裝（zhuāng）。

TO封裝產品外觀

TO252/D-PAK是一種塑封貼片封（fēng）裝，常用於功率晶體管、穩壓芯片的封裝，是（shì）目前主流封裝之一（yī）。

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

其中漏極(D)的引腳被剪斷不用，而是使（shǐ）用背麵（miàn）的散（sàn）熱板作（zuò）漏極（jí）(D)，直接焊接在PCB上（shàng），一（yī）方麵用於輸出大（dà）電流，一方麵通過PCB散熱;所以PCB的D-PAK焊盤有三處，漏極(D)焊盤較大。其封裝規範如下：

TO-252/D-PAK封裝（zhuāng）尺寸（cùn）規格

TO-263是TO-220的一個變種，主要是為了提高生產效率和散熱而（ér）設計，支持極高（gāo）的電（diàn）流和電壓，在150A以下、30V以上的（de）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（cóng）屬關係（xì），主要是引出腳數量（liàng）和距離不同。

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（chā）針，每個方陣形插針（zhēn）沿芯（xīn）片的四周間隔一定（dìng）距離排列，根據管（guǎn）腳數目的多少，可以圍成（chéng）2～5圈。安裝時，將芯片插入專門（mén）的PGA插（chā）座即可，具有插拔方便且可靠性高的（de）優（yōu）勢，能適應更高的頻率。

PGA封（fēng）裝樣式

其芯片基板多數為（wéi）陶瓷材質，也有部分采用特製（zhì）的塑料樹脂來做基板，在工藝上，引腳中心（xīn）距通（tōng）常為2.54mm，引腳數從64到447不等。

這種封裝的（de）特點是，封裝麵積(體積（jī）)越小，能（néng）夠承受的功（gōng）耗(性（xìng）能)就越低，反之則越高。這種封裝形式芯片在早期比較多（duō）見，且多用於CPU等大功耗產品的（de）封裝（zhuāng），如英特（tè）爾的80486、Pentium均采用此封裝樣式;不大為MOS管廠家所（suǒ）采納。

4、小外形晶體管封裝(SOT)

SOT(Small Out-Line Transistor)是（shì）貼片型（xíng）小功率晶體管封裝，主要有SOT23、SOT89、SOT143、SOT25(即SOT23-5)等，又衍生出SOT323、SOT363/SOT26(即SOT23-6)等類型，體（tǐ）積比TO封裝小。

SOT封裝類型

SOT23是常用的（de）三極管封（fēng）裝形（xíng）式（shì），有（yǒu）3條翼形引腳（jiǎo），分別為集電極、發射極和基極（jí），分別列於元件長邊兩側，其中，發射極（jí）和基極在同一側，常見於小功率晶體管（guǎn）、場效應（yīng）管和帶電阻網絡的複（fù）合（hé）晶（jīng）體管，強度（dù）好，但可焊（hàn）性差，外形如下（xià）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，以增加散熱能力，常見於矽功率表麵組裝晶體管（guǎn），適用於較（jiào）高功率（lǜ）的場合，外形如下圖(b)所（suǒ）示。

SOT143具有4條翼形短引腳，從兩側引出，引腳（jiǎo）中寬度偏大的一端為集電極，這類封裝常見於高頻晶體（tǐ）管，外形如下圖(c)所（suǒ）示。

SOT252屬於（yú）大功率（lǜ）晶體管，3條引腳從（cóng）一側引出，中間一條引腳較短，為集電極，與另一端較大的引腳相連，該引腳為散熱作用的銅片，外形如下圖(d)所示。

常見SOT封裝外形比較

主板（bǎn）上常用四端引腳的SOT-89 MOSFET。其規格尺寸如下：

SOT-89 MOSFET尺寸規格(單位：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（chēng）之為SOL或DFP，引腳從封裝兩側引出呈海鷗翼狀(L字形（xíng）)。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後麵的（de）數字表示引腳數。MOSFET的SOP封裝多數采用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，采（cǎi）用塑料封裝，沒（méi）有散熱底（dǐ）板，散熱不良，一般用於小功率MOSFET。

後逐（zhú）漸派生出TSOP(薄小外形封裝)、VSOP(甚小（xiǎo）外形封（fēng）裝)、SSOP(縮小型（xíng）SOP)、TSSOP(薄的縮小型SOP)等標準規格;其（qí）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)封裝的芯片引腳之間距離很（hěn）小，管腳很細，一般在（zài）大規模或超大型集成電路中采用，其引腳數（shù）一（yī）般（bān）在100個以上。

用（yòng）這種形式封（fēng）裝的芯片（piàn）必須采用（yòng）SMT表麵安裝技術（shù）將芯片與（yǔ）主板焊接起來。該封裝方式（shì）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（zài）塑封體內，無法將芯片工作時產生的（de）熱量（liàng）及時（shí）導出，製約了MOSFET性能的提升;而且塑封本身增（zēng）加了器件尺寸，不符合半導（dǎo）體向輕、薄、短、小方向發展的要求;另外，此（cǐ）類封裝方式是基於單顆芯（xīn）片進行，存在生產效率（lǜ）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（yòng），也適（shì）於VTR信號處理、音響信（xìn）號（hào）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)封裝四邊配置有（yǒu）電極接點，由於無引線，貼裝表現出麵積比（bǐ）QFP小、高度比QFP低的特點;其中陶瓷（cí）QFN也稱為LCC(Leadless Chip Carriers)，采用玻璃（lí）環氧樹脂印刷基（jī）板基材的低成（chéng）本（běn）塑料QFN則稱為塑料LCC、PCLC、P-LCC等（děng）。

是一種（zhǒng）焊盤尺寸小、體積小、以塑料作為密封材料的（de）新（xīn）興表麵（miàn）貼裝芯（xīn）片（piàn）封裝技（jì）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（yòng）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封裝與超薄小外形封裝(TSSOP)具有相同的外引線配（pèi）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封裝分（fèn）別提高了60%和30%。最大的缺點則是返修難度高。

采（cǎi）用QFN-56封裝的DrMOS

傳統的（de）分立式DC/DC降壓開關電源無法滿足對更高（gāo）功耗密度的要求，也不能解決高開關頻率下（xià）的寄生參數影響問題。

隨（suí）著技術的革新與進步，把驅動器和MOSFET整合在一起，構建多芯片模塊已經成為了現實，這種整合方式同時可以節（jiē）省相當可觀（guān）的（de）空間從而提升功耗密度，通過對驅動器和MOS管的優（yōu）化提高電能效率和優質（zhì）DC電流，這就是整合驅動IC的DrMOS。

瑞薩第2代DrMOS

經過QFN-56無腳封裝，讓DrMOS熱阻抗（kàng）很（hěn）低;借助內（nèi）部引線鍵（jiàn）合以（yǐ）及銅夾帶設計，可最（zuì）大（dà）程度減少外部（bù）PCB布線，從而降（jiàng）低電感（gǎn）和電阻。

另外，采用的深溝道矽(trench silicon)MOSFET工藝，還能顯著降低傳導、開關（guān）和柵極電荷損耗（hào）;並能（néng）兼容多（duō）種控製器，可實現不同的工作模式，支持主動相變換模式APS(Auto Phase Switching)。

除了QFN封裝外，雙邊扁平無引腳封裝(DFN)也是一種（zhǒng）新的電子封裝（zhuāng）工藝（yì），在安森美的各種元器件中得到了廣泛采用，與QFN相比，DFN少（shǎo）了兩邊的引出電極。

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封裝（zhuāng）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（cāo）作，但焊接後的外觀（guān）檢查較為困難。PLCC封裝適合用SMT表麵安裝技術在（zài）PCB上（shàng）安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高（gāo）的優點。

PLCC封裝（zhuāng）是比較常（cháng）見，用於（yú）邏輯LSI、DLD(或程邏輯器件)等電路（lù），主板Bioses常采用的這種封（fēng）裝形式，不過目前在MOS管中較少見。

PLCC封裝樣式

主流企業的封裝與改進

由於CPU的低電壓、大電（diàn）流的發展趨勢（shì），對MOSFET提出輸出電流大，導通電阻（zǔ）低，發熱量低散熱快，體積小的要（yào）求。MOSFET廠商除了（le）改進芯片生產技術和工藝外，也不斷改進封裝技術，在與（yǔ）標準外形規格兼容的基礎上，提（tí）出新的（de）封（fēng）裝外形，並為自（zì）己研發的新封裝注冊商標名稱。

1、瑞薩(RENESAS)WPAK、LFPAK和LFPAK-I封（fēng）裝

WPAK是瑞薩開發的一種高熱輻射（shè）封裝，通過仿D-PAK封裝那樣把芯片散熱板（bǎn）焊（hàn）接在主板上，通過主板散熱，使小形封（fēng）裝的WPAK也可以達到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封裝尺寸

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

瑞（ruì）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MOSFET封裝名稱。Power-PAK包（bāo）括有Power-PAK1212-8、Power-PAK SO-8兩種（zhǒng）規格（gé）。

威世Power-PAK1212-8封裝

威世Power-PAK SO-8封裝

Polar PAK是雙麵（miàn）散熱（rè）的小形封（fēng）裝，也是威世核心封裝技術之一。Polar PAK與普通的so-8封裝相同，其在封裝的上、下兩（liǎng）麵均設（shè）計（jì）了散熱點，封（fēng）裝內部不易蓄熱，能夠將工（gōng）作電流的電（diàn）流密度提高至SO-8的2倍。目前威（wēi）世已向意法半導體公司提供Polar PAK技術授權。

威世Polar PAK封（fēng）裝

3、安（ān）森美(Onsemi)SO-8和WDFN8扁平引腳(Flat Lead)封裝

安美森（sēn）半導體開發了2種扁平（píng）引腳的MOSFET，其中SO-8兼容的（de）扁平引腳被很多板卡（kǎ）采用。安森美新近推出的NVMx和NVTx功率（lǜ）MOSFET就采用了緊湊型DFN5(SO-8FL)和WDFN8封裝（zhuāng），可最大（dà）限度地降低（dī）導通損耗，另外還具有低QG和電容，可將驅動器損耗降到最低的特性。

安森美SO-8扁平引腳封裝

安森美WDFN8封裝

4、恩智浦(NXP)LFPAK和QLPAK封裝

恩智浦(原Philps)對（duì）SO-8封裝技（jì）術改進為LFPAK和QLPAK。其中LFPAK被認為是世界（jiè）上高度可靠的功率SO-8封（fēng）裝;而QLPAK具有體積（jī）小、散熱效率更高的（de）特點，與普通SO-8相比，QLPAK占用（yòng）PCB板的麵積為6*5mm，同時熱阻（zǔ）為1.5k/W。

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