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创新的MOSFET封装大大简化电源的设计

Hawk Lee?? Kim Norton Vishay?? 2012年02月13日 ?? 收藏0
目前,电源工程师面临的一个主要难题是,随着商用电子产品的功能日益增多,其尺寸不断缩小,留给电源电路的空间越来越少。解决该难题的办法之一就是充分利用在MOSFET技术和封装上的进步。通过在更小尺寸的封装内采用更高性能的MOSFET,业内的一个趋势是从SO-8等标准引线封装向带有底面漏极焊盘的功率封装转变。对于大电流应用,常用的是功率6mm x 5mm封装,例如PowerPAK? SO-8。但对于电流较小的应用,发展趋势是向PowerPAK 1212-8这样的3mm x 3mm功率封装转变。 在这类封装中,RDS(on) 已经足够低,使得这类芯片可以广泛用于笔记本电脑中的10A DC-DC应用中。

虽然3mm x 3mm功率封装已经使DC-DC电路使用的空间大幅减少,但还是能够把所用的空间再减少一点,以及提高功率密度。实现这个目的的办法之一就是用组合了两个器件的封装替代分立的单片MOSFET。SO-8双芯片功率MOSFET已经使用了很长时间,但是通常只能处理5A以下的负载电流,这对上网本和笔记本电脑中的5V和3.3V电源轨是完全没问题的,但对负载电流为10A或更高的系统来说显然太低了。

图1  双芯片功率封装
图1 双芯片功率封装

这就是为什么制造商努力设计MOSFET的双芯片功率封装的原因,因为这样能大大提高可能的最大电流,而且热性能也比传统的表面贴装封装要好。利用这种功率封装的基本原理是把两片分开的芯片装进一个封装,这种器件就能减少电源电路所需的面积。

PowerPAIR就是这样的一种封装类型,这种封装的外形尺寸比单片功率6 mm x 5 mm封装 (PowerPAK SO-8)小,最大电流可以达到15A。在笔记本电脑中,一般像这么大的负载电流都会采用两个功率6 mm x 5 mm的封装,加上导线和打标签的面积,以及两个器件的位置摆放,占用的面积超过60mm2。这种双芯片功率封装的尺寸是6.0mm x 3.7mm ,在电路板上占用的面积为22mm2。把电路板空间减少63%对电源工程师是很有帮助的,因为他们给电源电路设计的空间是越来越少了。用传统的SO-8双芯片功率型封装,是无法取得这么大的好处的。

与两个6 mm x 5 mm功率封装或两个SO-8封装相比,这种器件不但能节省空间,而且能简化设计,比两个3 mm x 3 mm功率封装还能再节省点空间。双芯片功率封装很容易用一个器件替换两个3 mm x3 mm封装,甚至还能在PCB上再省出布线和打标示的空间,如图1所示。因此对5A~15A的DC-DC应用,用这种器件是很合理的设计步骤,也是提高功率密度的方式之一 。

PowerPAIR双芯片功率封装使用了一种类似DC-DC降压转换器的非对称结构,使优化的高边和低边器件占用相同的封装。如图2所示,低边 MOSFET的导通电阻比高边 MOSFET的低,这会导致焊盘区的大小不一致。

图2  PowerPAIR双芯片功率封装结构图
图2 PowerPAIR双芯片功率封装结构图

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