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  • MOS管散熱,MOSFET頂部散熱封裝介紹
    • 發(fā)布時間:2024-05-08 20:02:44
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    MOS管散熱,MOSFET頂部散熱封裝介紹
    由于器件的引線框架(包括裸露漏極焊盤)直接焊接到覆銅區(qū),這導致熱量主要通過PCB進行傳播。而器件的其余部分均封閉在塑封料中,僅能通過空氣對流來散熱。因此,熱傳遞效率在很大程度上取決于電路板的特性:覆銅的面積大小、層數(shù)、厚度和布局。無論電路板是否安裝到散熱器上,都會導致這種情況的發(fā)生。
    通常器件的最大功率能力無法達到最優(yōu)情形,是因為 PCB 一般不具有高的熱導率和熱質(zhì)量。為解決這個問題并進一步縮小應用尺寸,業(yè)界開發(fā)了一種新的 MOSFET 封裝,即讓 MOSFET 的引線框架(漏極)在封裝的頂部暴露出來(例如圖 1 所示)。
    MOS管散熱
    頂部散熱的布局優(yōu)勢
    雖然傳統(tǒng)功率 SMD 有利于實現(xiàn)小型化解決方案,但出于散熱考慮,它們要求在電路板背面其下方的位置不能放置其他元器件。電路板的一些空間無法使用,導致最終的電路板整體尺寸較大。而頂部散熱器件可以繞過此問題:其散熱是通過器件頂部進行的。這樣,MOSFET 下方的板面位置就可以放置元器件了。
    該空間可用于布置如下元器件(但不限于此):
    功率器件
    柵極驅(qū)動電路
    支持元器件(電容、緩沖器等)
    反過來,還能縮小電路板尺寸,減少柵極驅(qū)動信號的路徑,實現(xiàn)更理想的解決方案。
    MOS管散熱
    圖 2. PCB 器件空間
    與標準 SMD 器件相比,頂部散熱器件除了可以提供更多的布局空間外,還能減少熱量交疊。頂部散熱封裝的大部分熱傳播都直接進入散熱器,因此 PCB 承受的熱量較小。有助于降低周圍器件的工作溫度。
    頂部散熱的熱性能優(yōu)勢
    與傳統(tǒng)的表面貼裝 MOSFET 不同,頂部散熱封裝允許將散熱器直接連接到器件的引線框架。由于金屬具有高熱導率,因此散熱器材料通常是金屬。例如大多數(shù)散熱器是鋁制的,其熱導率在 100-210 W/mk 之間。與通過 PCB 散熱的常規(guī)方式相比,這種通過高熱導率材料散熱的方式大大降低了熱阻。熱導率和材料尺寸是決定熱阻的關鍵因素。熱阻越低,熱響應越好。
    Rθ = 絕對熱阻
    ΔX = 與熱流平行的材料的厚度
    A = 垂直于熱流的橫截面積
    k = 熱導率
    除了提高熱導率外,散熱器還提供更大的熱質(zhì)量——這有助于避免飽和,或提供更大的熱時間常數(shù)。這是因為頂部安裝的散熱器的尺寸可以改變。對于一定量的熱能輸入,熱質(zhì)量或熱容與給定溫度變化成正比。
    Cth = 熱容,J/K
    Q = 熱能,J
    ΔT = 溫度變化,K
    PCB 往往具有不同的布局,并且銅皮厚度較低的話,導致熱質(zhì)量(熱容)較低和熱傳播不良。所有這些因素使得標準的表面貼裝 MOSFET 在使用時無法實現(xiàn)最佳熱響應。從理論上講,頂部散熱封裝擁有直接通過高熱質(zhì)量、高導熱性源散熱的優(yōu)勢,因此其熱響應 (Zth (℃/W)) 會更好。在結(jié)溫升幅一定的情況下,更好的熱響應將支持更高的功率輸入。這樣,對于相同的 MOSFET 芯片,采用頂部散熱封裝的芯片比采用標準 SMD 封裝的芯片將擁有更高的電流和功率能力。
    MOS管散熱
    圖 3. 頂部散熱封裝(上)和 SO8FL 封裝(下)的散熱路徑
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