01

认识功率器件

1.1 功率半导体器件在工业 、消费 、军事等领域都有着广泛应用 ，具有很高的战略地位，下面我们从一张图看功率器件的全貌：

1.2 功率半导体器件又可根据对电路信号的控程度分为全型 、半控型及不可；或按驱动电路信号 性质分为电压驱动型 、电流驱动型等划分类别 电流驱动型等划分类别 电流驱动型等划分类别 。

1.3 不同功率半导体器件 ，其承受电压 、电流容量 、阻抗能力 、体积大小等特性也会不同 ，实际使用中 ， 需要根据不同领域 、不同需求来选用合适的器件。

1.4 半导体行业从诞生至今 ，先后经历了三代材料的变更程 ，截至目前 ，功率半导体器件领域仍主要采 用以 Si 为代表的第一半导体材料 。

1.5 汇总下半控型和全控型功率器件的特性

02

认识MOSFET

2.1 MOS管具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好；制造工艺简单、辐射强，因而通常被用于放大电路或开关电路；

（1）主要选型参数：漏源电压VDS（耐压），ID 连续漏电流，RDS(on) 导通电阻，Ciss 输入电容（结电容），品质因数FOM=Ron * Qg等。
（2）根据不同的工艺又分为
Trench MOS：沟槽型MOS，主要低压领域100V内；SGT (Split Gate)MOS：分裂栅MOS，主要中低压领域200V内；SJ MOS：超结MOS，主要在高压领域 600-800V；
在开关电源中，如漏极开路电路，漏极原封不动地接负载，叫开路漏极，开路漏极电路中不管负载接多高的电压，都能够接通和关断负载电流。是理想的模拟开关器件。这就是MOS管做开关器件的原理（详细请关注作者其他MOS详解）。

2.2 从市场份额看，MOSFET几乎都集中在国际大厂手中，其中英飞凌2015年收购了IR（美国国际整流器公司）成为行业龙头，安森美也在2016年9月完成对仙童半导体的收购后，市占率跃升至第二，然后销售排名分别是瑞萨、东芝、万国、ST、威世、安世、美格纳等等；
与活跃于中国大陆的国际厂商相比，国产企业优势不明显，但这不能说国产没有机会，中国大陆是世界上产业链最齐全的经济活跃区，在功率半导体领域活跃着一批本土制造企业，目前已基本完成产业链布局，且处于快速发展中；特别是MOSFET领域，国产在中低压领域替换进口品牌潜力最大，且部分国产、如士兰、华润微（中航）、吉林华微等都在努力进入世界排名；

03

主流MOS管品牌

3.1 MOS管分为几大系列：美系、日系、韩系、国产。

美系：英飞凌、IR，仙童，安森美，ST，TI ，PI，AOS美国万代半导体等；

日系：东芝，瑞萨，ROHM罗姆等；

韩系：SEMIHOW，美格纳，KEC，AUK，信安，KIA

国产：吉林华微电子股份有限公司，扬州扬杰电子科技股份有限公司，

杭州士兰微电子股份有限公司，华润微电子（重庆）有限公司，无锡新洁能，西安后裔，深圳锐骏半导体，无锡华润华晶微电子有限公司，江苏东晨电子科技有限公司（前身东光微），东微半导体，威兆半导体，苏州硅能，无锡市芯途半导体有限公司

台系：ANPEC，CET华瑞，友顺UTC，台湾绿星等；

04

MOS管封装分类

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)。

插入式就是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)、晶体管外形封装(TO)、插针网格阵列封装(PGA)三种样式。

插入式封装

表面贴裝则是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)、小外形晶体管(SOT)、小外形封装(SOP)、方形扁平式封装(QFP)、塑封有引线芯片载体(PLCC)等。

表面贴装式封装

随着技术的发展，目前主板、显卡等的PCB板采用直插式封装方式的越来越少，更多地选用了表面贴装式封装方式。

1、双列直插式封装(DIP)

DIP封装有两排引脚，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，而且引脚在插拔过程中很容易被损坏，可靠性较差;同时由于受工艺的影响，引脚一般都不超过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。

2、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。

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：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：该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：该封装只有低压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，也使得TO封装发展到表面贴装式封装。TO-252(又称之为D-PAK)和TO-263(D2PAK)就是表面贴装封装。

TO封装产品外观

TO252/D-PAK是一种塑封贴片封装，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。其封装规范如下：

TO-252/D-PAK封装尺寸规格

TO-263是TO-220的一个变种，主要是为了提高生产效率和散热而设计，支持极高的电流和电压，在150A以下、30V以上的中压大电流MOS管中较为多见。

除了D2PAK(TO-263AB)之外，还包括TO263-2、TO263-3、TO263-5、TO263-7等样式，与TO-263为从属关系，主要是引出脚数量和距离不同。

TO-263/D2PAK封装尺寸规格

3、插针网格阵列封装(PGA)

PGA(Pin Grid Array Package)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。

PGA封装样式

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;不大为MOS管厂家所采纳。

4、小外形晶体管封装(SOT)

SOT(Small Out-Line Transistor)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。

SOT封装类型

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，其中，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，外形如下图(a)所示。

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，外形如下图(b)所示。

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，外形如下图(c)所示。

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，外形如下图(d)所示。

常见SOT封装外形比较

主板上常用四端引脚的SOT-89 MOSFET。其规格尺寸如下：

SOT-89 MOSFET尺寸规格(单位：mm)

5、小外形封装(SOP)

SOP(Small Out-Line Package)是表面贴装型封装之一，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)。

SOP-8封装尺寸

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。

常用于MOS管的SOP派生规格

6、方形扁平式封装(QFP)

QFP(Plastic Quad Flat Package)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。该封装方式具有四大特点：

与PGA封装方式一样，该封装方式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。

7、四边无引线扁平封装(QFN)

QFN(Quad Flat Non-leaded package)封装四边配置有电极接点，由于无引线，贴装表现出面积比QFP小、高度比QFP低的特点;其中陶瓷QFN也称为LCC(Leadless Chip Carriers)，采用玻璃环氧树脂印刷基板基材的低成本塑料QFN则称为塑料LCC、PCLC、P-LCC等。

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。

QFN主要用于集成电路封装，MOSFET不会采用。不过因Intel提出整合驱动与MOSFET方案，而推出了采用QFN-56封装(“56”指芯片背面有56个连接Pin)的DrMOS。

需要说明的是，QFN封装与超薄小外形封装(TSSOP)具有相同的外引线配置，而其尺寸却比TSSOP的小62%。根据QFN建模数据，其热性能比TSSOP封装提高了55%，电性能(电感和电容)比TSSOP封装分别提高了60%和30%。最大的缺点则是返修难度高。

采用QFN-56封装的DrMOS

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，这种整合方式同时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

经过QFN-56无脚封装，让DrMOS热阻抗很低;借助内部引线键合以及铜夹带设计，可最大程度减少外部PCB布线，从而降低电感和电阻。

另外，采用的深沟道硅(trench silicon)MOSFET工艺，还能显著降低传导、开关和栅极电荷损耗;并能兼容多种控制器，可实现不同的工作模式，支持主动相变换模式APS(Auto Phase Switching)。

除了QFN封装外，双边扁平无引脚封装(DFN)也是一种新的电子封装工艺，在安森美的各种元器件中得到了广泛采用，与QFN相比，DFN少了两边的引出电极。

8、塑封有引线芯片载体(PLCC)

PLCC(Plastic Quad Flat Package)外形呈正方形，尺寸比DIP封装小得多，有32个引脚，四周都有管脚，引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形，是塑料制品。

其引脚中心距1.27mm，引脚数从18到84不等，J形引脚不易变形，比QFP容易操作，但焊接后的外观检查较为困难。PLCC封装适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。

PLCC封装是比较常见，用于逻辑LSI、DLD(或程逻辑器件)等电路，主板BIOS常采用的这种封装形式，不过目前在MOS管中较少见。

PLCC封装样式

主流企业的封装与改进

由于CPU的低电压、大电流的发展趋势，对MOSFET提出输出电流大，导通电阻低，发热量低散热快，体积小的要求。MOSFET厂商除了改进芯片生产技术和工艺外，也不断改进封装技术，在与标准外形规格兼容的基础上，提出新的封装外形，并为自己研发的新封装注册商标名称。

1、瑞萨(RENESAS)WPAK、LFPAK和LFPAK-I封装

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。

瑞萨WPAK封装尺寸

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，但比D-PAK体积小。LFPAK-i是将散热板向上，通过散热片散热。

瑞萨LFPAK和LFPAK-I封装

2、威世(Vishay)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。

威世Power-PAK1212-8封装

威世Power-PAK SO-8封装

Polar PAK是双面散热的小形封装，也是威世核心封装技术之一。Polar PAK与普通的so-8封装相同，其在封装的上、下两面均设计了散热点，封装内部不易蓄热，能够将工作电流的电流密度提高至SO-8的2倍。目前威世已向意法半导体公司提供Polar PAK技术授权。

威世Polar PAK封装

3、安森美(Onsemi)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卡采用。安森美新近推出的NVMx和NVTx功率MOSFET就采用了紧凑型DFN5(SO-8FL)和WDFN8封装，可最大限度地降低导通损耗，另外还具有低QG和电容，可将驱动器损耗降到最低的特性。

安森美SO-8扁平引脚封装

安森美WDFN8封装

4、恩智浦(NXP)LFPAK和QLPAK封装

恩智浦(原Philps)对SO-8封装技术改进为LFPAK和QLPAK。其中LFPAK被认为是世界上高度可靠的功率SO-8封装;而QLPAK具有体积小、散热效率更高的特点，与普通SO-8相比，QLPAK占用PCB板的面积为6*5mm，同时热阻为1.5k/W。

&l