MOSFET散熱,MOSFET頂部散熱封裝-KIA MOS管

由于器件的引線框架（包括裸露漏極焊盤）直接焊接到覆銅區(qū)，這導(dǎo)致熱量主要通過PCB進(jìn)行傳播。而器件的其余部分均封閉在塑封料中，僅能通過空氣對(duì)流來散熱。因此，熱傳遞效率在很大程度上取決于電路板的特性：覆銅的面積大小、層數(shù)、厚度和布局。無論電路板是否安裝到散熱器上，都會(huì)導(dǎo)致這種情況的發(fā)生。

通常器件的最大功率能力無法達(dá)到最優(yōu)情形，是因?yàn)?PCB 一般不具有高的熱導(dǎo)率和熱質(zhì)量。為解決這個(gè)問題并進(jìn)一步縮小應(yīng)用尺寸，業(yè)界開發(fā)了一種新的 MOSFET 封裝，即讓 MOSFET 的引線框架（漏極）在封裝的頂部暴露出來（例如圖 1 所示）。

MOSFET散熱,封裝

頂部散熱的布局優(yōu)勢(shì)

雖然傳統(tǒng)功率 SMD 有利于實(shí)現(xiàn)小型化解決方案，但出于散熱考慮，它們要求在電路板背面其下方的位置不能放置其他元器件。電路板的一些空間無法使用，導(dǎo)致最終的電路板整體尺寸較大。而頂部散熱器件可以繞過此問題：其散熱是通過器件頂部進(jìn)行的。這樣，MOSFET 下方的板面位置就可以放置元器件了。

該空間可用于布置如下元器件（但不限于此）：

功率器件

柵極驅(qū)動(dòng)電路

支持元器件（電容、緩沖器等）

反過來，還能縮小電路板尺寸，減少柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的路徑，實(shí)現(xiàn)更理想的解決方案。

MOSFET散熱,封裝

圖 2. PCB 器件空間

與標(biāo)準(zhǔn) SMD 器件相比，頂部散熱器件除了可以提供更多的布局空間外，還能減少熱量交疊。頂部散熱封裝的大部分熱傳播都直接進(jìn)入散熱器，因此 PCB 承受的熱量較小。有助于降低周圍器件的工作溫度。

頂部散熱的熱性能優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的表面貼裝 MOSFET 不同，頂部散熱封裝允許將散熱器直接連接到器件的引線框架。由于金屬具有高熱導(dǎo)率，因此散熱器材料通常是金屬。例如大多數(shù)散熱器是鋁制的，其熱導(dǎo)率在 100-210 W/mk 之間。與通過 PCB 散熱的常規(guī)方式相比，這種通過高熱導(dǎo)率材料散熱的方式大大降低了熱阻。熱導(dǎo)率和材料尺寸是決定熱阻的關(guān)鍵因素。熱阻越低，熱響應(yīng)越好。

Rθ = 絕對(duì)熱阻

ΔX = 與熱流平行的材料的厚度

A = 垂直于熱流的橫截面積

k = 熱導(dǎo)率

除了提高熱導(dǎo)率外，散熱器還提供更大的熱質(zhì)量——這有助于避免飽和，或提供更大的熱時(shí)間常數(shù)。這是因?yàn)轫敳堪惭b的散熱器的尺寸可以改變。對(duì)于一定量的熱能輸入，熱質(zhì)量或熱容與給定溫度變化成正比。

Cth = 熱容，J/K

Q = 熱能，J

ΔT = 溫度變化，K

PCB 往往具有不同的布局，并且銅皮厚度較低的話，導(dǎo)致熱質(zhì)量(熱容)較低和熱傳播不良。所有這些因素使得標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝 MOSFET 在使用時(shí)無法實(shí)現(xiàn)最佳熱響應(yīng)。從理論上講，頂部散熱封裝擁有直接通過高熱質(zhì)量、高導(dǎo)熱性源散熱的優(yōu)勢(shì)，因此其熱響應(yīng) (Zth (℃/W)) 會(huì)更好。在結(jié)溫升幅一定的情況下，更好的熱響應(yīng)將支持更高的功率輸入。這樣，對(duì)于相同的 MOSFET 芯片，采用頂部散熱封裝的芯片比采用標(biāo)準(zhǔn) SMD 封裝的芯片將擁有更高的電流和功率能力。

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