应用资料#QFN12x12封装600V GaN功率级热性能总结

德州仪器（TI）提供的一种新的驱动器集成氮化镓（GaN）功率级产品系列已在一个低成本、紧凑的四扁平无引脚（QFN）封装中实现，该封装尺寸为12mm x 12mm。这种扩大的QFN封装可以从GaN的快速转变率和高开关频率能力中获得显著优势，并由于其大的暴露热垫而提高其热性能，显示出比其他流行的表面贴装封装（如to lead-Less和D2PAK）更好的功耗能力，这些封装广泛用于分立功率器件。通过适当的热设计，TI以QFN 12x12格式封装的新型LMG342x GaN功率级产品可以完全满足高功率（>3 kW）转换应用的需求。
*附件：QFN12x12 封装的 600V、GaN 功率级的热性能 应用资料.pdf

1. 引言

• ‌背景‌：德州仪器（TI）推出了新一代集成GaN功率级产品，采用低成本、紧凑的12mm x 12mm QFN封装。
• ‌优势‌：大封装尺寸和暴露的热焊盘显著提升了GaN器件的热性能，适用于高功率（>3kW）转换应用。

2. QFN 12x12封装

• ‌特点‌：低剖面、无引脚表面贴装封装，具有暴露的铜热焊盘和功能引脚。
• ‌比较‌：与QFN 8x8封装相比，QFN 12x12的热焊盘面积增大了3倍，有利于散热。
  

3. 底部冷却配置与热阻定义

• ‌热阻定义‌：
  • RθJA：结到环境的热阻。
  • RθJC(bot/top)：结到封装底部/顶部的热阻。
  • RθJC/P：结到主要冷却平面的热阻，是评估封装热性能的关键指标。
• ‌底部冷却系统‌：主要通过PCB、热界面材料（TIM）和散热器将热量传导到环境中。

4. 仿真模型与结果

• ‌仿真工具‌：使用ANSYS有限元分析（FEA）软件建立仿真模型。
• ‌比较‌：QFN 12x12封装的RθJC/P值比QFN 8x8封装低40%以上，显示出更好的热性能。
• ‌结果‌：与其他表面贴装封装（如TOLL和D2PAK）相比，QFN 12x12的热阻也较低。

5. 实验设置与RθJC/P测试结果

• ‌实验方法‌：通过测量不同功耗下的结温和冷却平面温度来计算RθJC/P。
• ‌结果‌：实验结果与仿真结果一致，验证了仿真模型的准确性。
• ‌TIM影响‌：不同TIM材料的测试表明，高热导率的TIM可以有效降低RθJC/P。

6. QFN 12x12封装在半桥评估板上的热性能

• ‌测试环境‌：在半桥拓扑中测试LMG3422R030器件，使用椭圆形散热器和风扇进行冷却。
• ‌结果‌：在4kW功率下，器件顶部温度保持在99.3°C，远低于最大推荐工作温度125°C。

7. 总结

• ‌热性能优势‌：QFN 12x12封装显著提升了GaN功率级的热性能，使其适用于高功率密度和高效率的应用。
• ‌市场潜力‌：随着对高功率、高效率电源系统需求的增加，QFN 12x12封装的GaN功率级产品具有广阔的市场前景。