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1、板卡稳压器 显卡帝详解 MOSFET 封装技术 MOS 管简介 MOS 管的英文全称叫 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应晶体管中的绝缘栅型。因此，MOS 管有时被称为场效应管。在一般电子电路中，MOS 管通常被用于放大电路或开关电路。而在板卡上的 电源 稳压电路中，MOSFET 扮演的角色主要是判断电位。 MOS 管的作用是什么 MOS 管对于整个供电系统而言起着稳压的作用。目前板卡上所采用的 MOS 管并不是太多，一般有 10 个左右，主要原因是大部分 MOS 管被整合
2、到 IC 芯片中去了。由于 MOS 管主要作用是为配件提供稳定的电压，所以它一般使用在 CPU、GPU和插槽等附近。MOS 管一般是以上下两个组成一组的形式出现板卡上。 MOS 管封装形式 MOSFET 芯片在制作完成之后，需要给 MOSFET 芯片加上一个外壳，即 MOS 管封装。MOSFET 芯片的外壳具有支撑、保护、冷却的作用，同时还为芯片提供电气连接和隔离，以便 MOSFET 器件与其它元件构成完整的电路。按照安装在 PCB方式来区分，MOS 管封装主要有两大类：插入式（Through Hole）和表面贴装式（Surface Mount）。插入式就是 MOSFET 的管脚穿过 PCB
3、的安装孔焊接在 PCB上。表面贴裝则是 MOSFET 的管脚及散热法兰焊接在 PCB 表面的焊盘上。 常见的插入式封装 MOSFET 典型的表面贴装式封装 MOSFET 随着技术的革新与进步， 主板 和显卡的 PCB 板采用直插式封装的 MOSFET 越来越少了，而多改用表面贴装式封装的 MOSFET。故而本文中重点讨论表面贴装式封装 MOSFET，并从 MOS 管外部封装技术、MOS 管内部封装改进技术、整合式DrMOS、MOSFET 发展趋势和 MOSFET 实例讲解等进行详细介绍。 MOS 管外部封装-标准封装形式概览 MOS 管外部封装-标准封装形式概览 下面我们对标准的封装形式进行如
4、下简要的介绍。按照“封装形式+要点介绍+相关图片”的方式进行如下说明。 TO（Transistor O ut-line）封装 1、TO（Transistor Out-line）的中文即“晶体管外形”，是早期的封装规格，例如 TO-92，TO-92L，TO-220，TO-252 等等都是插入式封装设计。 2、近年来表面贴装市场需求量的增大也使得 TO 封装进展到表面贴装式封装。TO252 和 TO263 就是表面贴装封装。其中 TO-252 又称之为 D-PAK，TO-263又称之为 D2PAK。 TO 封装的进展 D-PAK(TO-252)封装 SOT（Small Out-Line Tr an
5、sistor）封装 SOT（Small Out-Line Transistor）小外形晶体管封装。这种封装就是贴片型小功率晶体管封装，比 TO 封装体积小，一般用于小功率 MOSFET。 SOT 封装 常用的四端引脚 SOT-89 MOSFET SOP（Small Out-L ine Package）封装 1、SOP（Small Out-Line Package）的中文意思是“小外形封装”。SOP 是表面贴装型封装之一，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 也叫 SOL 和 DFP。 2、SOP 封装标准有 SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28
6、 等等，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，叫 SO（Small Out-Line ）。 3、SO-8 采用塑料封装，没有散热底板，散热不良，一般用于小功率 MOSFET。 4、 SO-8 是 PHILIP 公司首先开发的， 以后逐渐派生出 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。 SOP-8 封装 这些派生的几种封装规格中，TSOP 和 TSSOP 常用于 MOSFET 封装 QFN-56 封装 1、QFN（Quad Flat N
7、on-leaded package）是表面贴装型封装之一，中文叫做四边无引线扁平封装，是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料作为密封材料的新兴表面贴装芯片封装技术。现在多称为 LCC。 2、封装四边配置有电极接点，由于无引线，贴装占有面积比 QFP 小，高度比 QFP 低。这种封装也称为 LCC、PCLC、PLCC 等。QFN 本来用于集成电路的封装，MOSFET 不会采用的。 INTEL 提出的整合驱动与 MOSFET 的 DrMOS 采用 QFN-56封装，56 是指在芯片背面有 56 个连接 Pin。 QFN56 封装的 DrMOS MOS 管外部封装-最新封装形式概览 MOS 管外部封装-最
8、新封装形式概览 下面我们介绍主要的 MOSFET 生产厂商所采用的最新封装形式。 瑞萨（RENESAS）的 WPAK、L FPAK 和 LFPAK-I 封装 1、WPAK 是瑞萨开发的一种高热辐射封装，通过仿 D-PAK 封装那样把芯片散热板焊接在 主板 上，通过主板散热，使小形封装的 WPAK 也可以达到 D-PAK 的输出电流。WPAK-D2 封装了高/ 低 2 颗 MOSFET，减小布线电感。 2、 LFPAK 和 LFPAK-I 是瑞萨开发的另外 2 种与 SO-8 兼容的小形封装。 LFPAK类似 D-PAK 比 D-PAK 体积小。LFPAK-i 是将散热板向上，通过散热片散热。
9、瑞萨 WPAK 封装 LFPAK 和 LFPAK-I 封装 威世（Vishay）的 Power-PAK 和 Polar-PAK 封装 Power-PAK 是威世公司注册的 MOSFET 封装名称。Power-PAK 包括有Power-PAK1212-8、Power-PAK SO-8 两种规格。Polar PAK 是双面散热的小形封装。 Power-PAK1212-8 Power-PAK SO-8 Polar PAK 安森美（Onsemi）的 SO-8 和 WDFN8 扁平引脚（ Flat Lead）封装 安美森半导体开发了 2 种扁平引脚的 MOSFET，其中 SO-8 兼容的扁平引脚被很多板
10、卡采用。 SO-8 扁平引脚封装 WDFN8 封装 菲利普（Philps）的 LFPAK 和 QLPAK 封装 首先开发SO-8的Philps也有改进SO-8的新封装技术， 就是LFPAK和QLPAK。 LFPAK 封装 QLPAK 封装 意法（ST）半导体的 PowerSO-8 封装 意法半导体的 SO-8 改进技术叫做 Power SO-8。 Power SO-8 封装 飞兆（Fairchild）半导体的 Power 56 封装 飞兆半导体的 SO-8 改进技术叫做 Power 56。 Power 56 封装 国际整流器（IR）的 Direct FET 封装 1、Direct FET 封装
11、属于反装型的，漏极（D）的散热板朝上，并覆盖金属外壳，通过金属外壳散热。 2、Direct FET 封装极大地改善了散热，并且占用空间更小，散热良好 Direct FET 封装 MOS 管内部封装改进技术概览 MOS 管内部封装改进技术概览 前面我们所介绍的是 MOSFET 的外部封装技术，其实最新封装技术也包括内部封装技术的改进，归纳起来总共有三个方面：一是改进封装内部的互连技术，二是增加漏极散热板，三是改变散热的热传导方向。下面我们分别介绍这三种内部封装改进技术。 封装内部的互连技术 之前的封装标准，如：TO，D-PAK，SOT,SOP 等多采用焊线式的内部互连。而当 CPU 或 GPU
12、供电进展到低电压、大电流时代，例如焊线式的 SO-8 封装就受到了封装电阻、封装电感、PN 结到 PCB 和外壳热阻等因素的限制。 SO-8 内部封装结构 上述四种限制对其电学和热学性能有着极大的影响。 随着电流密度要求的提高,MOSFET 厂商采用 SO-8 的尺寸规格，同时对焊线互连形式进行改进，用金属带、或金属夹板代替焊线，降低封装电阻、电感和热阻。 标准型 SO-8 与无导线 SO-8 封装形式的对比 国际整流器（IR）的改进技术称之为 Copper Strap，威世（Vishay）称之为 Power Connect 技术，还有称之为 Wireless Package。 国际整流器的
13、Copper Strap 技术 据悉再用铜带取代焊线后，热阻降低了 10-20%，源极至封装的电阻降低了61%。 威世的 Power Connect 技术和飞兆半导体的 Wirless Package 技术 增加漏极散热板 标准的 SO-8 封装采用塑料将芯片包围， 低热阻的热传导通路只是芯片到 PCB的引脚。而底部紧贴 PCB 的塑料外壳是热的不良导体，故而影响了漏极的散热。所以改进的方法自然就是要除去引线框下方的塑封化合物， 方法就是让引线框金属结构直接或加一层金属板与 PCB 接触，并焊接到 PCB 焊盘上，这样就提供了更多的散热接触面积，把热量从芯片上带走。同时也可以制成更薄的器件。
14、威世 Power-PAK 技术 威世的 Power-PAK，法意半导体的 Power SO-8，安美森半导体的 SO-8 Flat Lead，瑞萨的 WPAK、LFPAK，飞兆半导体的 Power 56 和 Bottomless Package 都采用这种散热技术。 改变散热的热传导方向 Power-PAK 的封装虽然显著减小了芯片到 PCB 的热阻，但当电流需求继续增大时，PCB 同时会出现热饱和现象。所以散热技术的进一步改进就是改变散热方向，让芯片的热量传导到 散热器 而不是 PCB。 Direct FET 封装 瑞萨 LFPAK-i 封装 瑞萨的 LFPAK-I 封装，国际整流器的 Di
15、rect FET 封装就是这种散热技术。 整合驱动 IC 的 DrMOS 和 MOSFET 发展趋势 整合驱动 IC 的 DrMOS 和 MOSFET 发展趋势 传统的分立式 DC/DC 降压开关 电源 无法满足对更高功耗密度的要求， 也不能解决高开关频率下的寄生参数影响问题。随着技术的革新与进步，把驱动器和MOSFET 整合在一起，构建多芯片模块已经成为了现实，这样一种整合的方式同时也可以节省相当可观的空间从而提升功耗密度， 通过对驱动器和 MOS 管的优化提高电能效率和优质 DC 电流，这就是整合驱动 IC 的 DrMOS。 瑞萨第 2 代 DrMOS DrMOS 的主要特点是： - 采用
16、 QFN56 无脚封装，热阻抗很低。 - 采用内部引线键合以及铜夹带设计，尽量减少外部 PCB 布线，从而降低电感和电阻。 - 采用先进的深沟道硅(trench silicon)MOSFET 工艺，显著降低传导、开关和栅极电荷损耗。 - 兼容多种控制器，可实现不同的工作模式，支持 APS（Auto Phase Switching）。 - 针对目标应用进行设计的高度优化。 DrMOS 性能对比 低压 MOSFET 封装趋势 从上图我们可以很清楚的看出：随着 MOS 管封装技术的发展趋势，未来对MOSFET 的要求将趋于高频率大电流、高密度封装和体积小型化。 显卡上的 MOSFET 实例解析 显卡 MOSFET 实例解析 了解了详细的 MOSFET 介绍，下面我们挑选了几款 显卡
