TSC封装：功率器件冰凉体验

电子发烧友网综合报道 顶部散热（TSC）封装在今年受到市场欢迎，在年中的上海慕尼黑展上我们注意到多家厂商推出了TSC封装产品，并提到这些产品目前市场需求量较大，尤其是在汽车OBC等应用中。
 
近期，Wolfspeed 面向汽车和工业市场发布商业化量产的顶部散热U2封装器件，来扩展系统设计选项。U2封装可作为对其他供应商生产的 MOSFET 的直接替代，为客户成熟的设计提供了采购灵活性，并改善了封装爬电距离，以支持 650 V 至 1200 V 系统的设计。符合车规级 AEC-Q101 标准的 1200 V 器件即将发布，涵盖 16 mΩ 至 160 mΩ 范围。工规器件可作为预生产或生产就绪样品提供。
 
根据wolfspeed介绍，传统上，大多数标准的表面贴装分立功率半导体器件通过与PCB接接触，从器件底部散热，PCB下方附有散热器或冷却板。这种方法在许多不同的电力电子应用中都很常见，特别是在 PCB安装和散热器设计不受到系统尺寸和重量严格限制的应用场合。
 
另一方面，TSC器件通过封装的上表面散热。在顶部散热TSC封装内部，芯片直接焊接在顶部漏极铜框架上，芯片通过封装上表面导热到上方的散热器。相对于传统底部散热封装，TSC封装可以实现更大的耗散功率和更优的散热性能，助力客户从容应对系统热设计要求。顶部散热设计还允许双面使用 PCB，因为 PCB 下表面不再需要用于散热器贴装。
 
安森美此前的实测显示，如果使用具有底面裸露焊盘的MOSFET，同时使用经过热优化的PCB进行导热和散热，则散热片无论是安装 PCB的底面还是MOSFET的顶面，MOSFET温度之间的差异仅为不到3°C。
 
这意味着MOSFET温度取决于散热片尺寸。在20.0A负载电流下，与没有任何散热片的设置相比，使用60mm散热片的MOSFET温度大约低30°C。
 
与没有任何散热片的设置相比，使用25mm散热片时，MOSFET的温度大约降低15至20°C；使用10mm散热片时，MOSFET的温度比没有任何散热片的设置低10°C。
 
该温度变化与三个散热片的热阻成正比。它还表明，如果使用热优化的PCB布局，散热片需要一定的质量和导热性才能显著降低温度。
 
而具有顶面裸露焊盘和散热片的MOSFET可实现与底面裸露焊盘安装在经过热优化的PCB上且散热片位于封装顶面的MOSFET类似的热性能。如果要尽量减少流入PCB的热量，则带有顶面裸露焊盘的MOSFET是正确的选择，因为它们对安装在封装顶面的散热片具有最小的热阻。
 
目前Wolfspeed也推出了基于Wolfspeed第四代 (Gen 4) 芯片技术的顶部散热器件的样品，工程师可进行申请。第四代 (Gen 4)  MOSFET 在全温度范围内具备业界领先的开关性能，并具有宽 Vgs 兼容性，允许 +18 V 和 -0 V 门极驱动。第四代 (Gen 4) 技术还具有体二极管软恢复特性，可在关断时刻产生更低的 Vds 峰值——这使得 Wolfspeed 第四代 (Gen 4) MOSFET 能应对更严酷工况并且具有更低的 FIT 失效率。
 
除了wolfspeed之外，其他功率器件厂商也已经推出了相关封装技术和产品。包括英飞凌DDPAK和QDPAK封装的SiC器件；瞻芯电子推出的TC3Pak封装1200V SiC MOSFET；威世PowerPAK封装产品；英诺赛科的Dual-Cool En-FCLGA封装；派恩杰 T7 系列SiC MOSFET器件；安森美推出的顶部散热封装TCPAK57；华润微推出的QDPAK&TOLT顶部散热封装等。
 
小结：
 
随着汽车、工业等领域的需求不断提高，顶部散热封装得益于其优异的散热性能以及支持更高的器件功率密度，正在在汽车、工业领域迅速渗透，并持续扩展到更多的应用场景。