高功率半導體的先進封裝有助處理更高的功率

表面貼裝功率器件（SMPD） 封裝為設計人員提供了功率能力、功耗以及易于布局和組裝的最佳組合，可幫助設計人員克服在不顯著增加所構建系統(tǒng)的尺寸和重量的情況下增加輸出功率的挑戰(zhàn)。

圖 1 展示了一種雙向電源拓撲，該拓撲在8個半橋組中使用16個碳化硅功率MOSFET。設計人員會利用更多的并聯(lián)分立功率 FET 來實現(xiàn)更高的功率，從而使充電/放電系統(tǒng)設計變得更加困難。分立式功率 FET 封裝通常是 D2PAK 或 TO-247 封裝。當設計輸出功率水平超過 30 kW 時，先進封裝提供支持所需高輸出功率的元件。

圖 1. 具有多級功率轉換的雙向充電器電路

圖 2 顯示了封裝選項及其功率處理能力。每個封裝選項都根據(jù)印刷電路板 （PCB） 布局復雜性、組裝難度、輸出功率和散熱量進行評級。

圖2 封裝功率能力及封裝性能對比

SMPD 封裝可實現(xiàn)更高功率密度

設計人員可以使用 SMPD 來容納各種電壓等級和電路拓撲（包括半橋）的各種芯片技術。圖 3 給出了Littelfuse的 SMPD 封裝示例。 SMPD 采用直接銅鍵合 （DCB） 基板，帶有銅引線框架、鋁鍵合線和半導體周圍的塑料模塑料。DCB 中裸露的銅層使連接到散熱器的表面積最大化。將銅引線框架與鋁焊線相結合可以簡化焊接和組裝。DCB 結構提供高隔離強度，并允許在單個載體上進行具有高散熱能力的多半導體排列。

圖 3. 表面貼裝功率器件 （SMPD） 封裝的示例結構（來源： Littelfuse ）

本示例中的 SMPD 封裝設計具有以下幾個優(yōu)點：

? 最大限度地利用半導體的能力，以及由于封裝的低雜散電感導致的低電壓過沖。

? 在啟用定制拓撲方面具有更大的靈活性，包括晶閘管、功率二極管、MOSFET 和 IGBT。

? 由于背面隔離，所有功率半導體都可以安裝在單個散熱器上。

? 與其它半導體封裝（例如 TO 型器件）相比，熱阻更低。

? SMPD 提供比 TO 型封裝更高的載流能力。

? 由于半導體芯片和散熱器之間的低寄生耦合電容，降低了輻射 EMI。

? UL認證，額定絕緣電壓高達2500 V

圖4中的每個封裝包含兩個功率MOSFET，作為SMPD封裝中可用的多個電路配置的一個示例，突出顯示了SMPD封裝如何將元件數(shù)量減少近一半，從而實現(xiàn)更高的功率、更大的功率密度和更小的裝配尺寸。本示例

圖 4. 基于 SMPD 封裝的雙向充電器，與使用分立器件相比，可將元件數(shù)量減少一半。

以更小的封裝提供更高的功率

設計人員可以增加充電器的功率，從而提高功率密度。 它的用途很廣泛，比如電動汽車（EV）。

電動汽車的設計人員需要解決快速充電的挑戰(zhàn)，以最大限度地減少車輛充電時的閑置時間，因此需要提高充電器的功率輸出、功率密度和效率。單個單元充電器設計范圍從 7 kW 到 30 kW。將單個單元組件組合到模塊化設計中可提高功率輸出，并使充電器制造商實現(xiàn)更小的面積、更高的靈活性和可擴展性的目標。在先進的隔離式封裝中使用有源功率元件，可實現(xiàn)更高的功率密度并顯著減少電路設計中的熱管理工作，從而解決大功率充電的挑戰(zhàn)。

采用 SMPD 封裝，設計人員可以開發(fā)輸出高達 50 kW 的單個功率單元，還可以減少組件數(shù)量以降低制造成本。 表面貼裝封裝設計，例如 Littelfuse 的封裝設計，可以通過低熱阻封裝技術最大限度地減小散熱器尺寸和成本。 由于寄生電容和雜散電感較低，這種封裝可以降低輻射和傳導 EMI。 設計人員可以通過在更高頻率下工作來使用更小的電感器，從而節(jié)省空間和成本。