关于电子元件的封装?像那些SOP/SOJ/SOT/IC……这些有关系么?是什么区别与联系?

关于电子元件的封装?像那些SOP/SOJ/SOT/IC……这些有关系么?是什么区别与联系?
关于电子元件的封装?像那些SOP/SOJ/SOT/IC……这些有关系么?是什么区别与联系?

关于电子元件的封装?像那些SOP/SOJ/SOT/IC……这些有关系么?是什么区别与联系?
常见的直插式封装如双列直插式封装（DIP）,晶体管外形封装（TO）,插针网格阵列封装（PGA）等.
典型的表面贴装式如晶体管外形封装（D-PAK）,小外形晶体管封装（SOT）,小外形封装（SOP）,方形扁平封装（QFP）,塑封有引线芯片载体（PLCC）等.电脑主板一般不采用直插式封装的MOSFET,本文不讨论直插式封装的MOSFET.
一般来说,“芯片封装”有2层含义,一个是封装外形规格,一个是封装技术.对于封装外形规格来说,国际上有芯片封装标准,规定了统一的封装形状和尺寸.封装技术是芯片厂商采用的封装材料和技术工艺,各芯片厂商都有各自的技术,并为自己的技术注册商标名称,所以有些封装技术的商标名称不同,但其技术形式基本相同.我们先从标准的封装外形规格说起.
TO封装
TO（Transistor Out-line）的中文意思是“晶体管外形”.这是早期的封装规格,例如TO-92,TO-92L,TO-220,TO-252等等都是插入式封装设计.近年来表面贴装市场需求量增大,TO封装也进展到表面贴装式封装.
TO252和TO263就是表面贴装封装.其中TO-252又称之为D-PAK,TO-263又称之为D2PA K.
-PAK封装的MOSFET有3个电极,栅极（G）、漏极（D）、源极（S）.其中漏极（D）的引脚被剪断不用,而是使用背面的散热板作漏极（D）,直接焊接在PCB上,一方面用于输出大电流,一方面通过PCB散热.所以PCB的D-PAK焊盘有三处,漏极（D）焊盘较大.
SOT封装
SOT（Small Out-Line Transistor）小外形晶体管封装.这种封装就是贴片型小功率晶体管封装,比TO封装体积小,一般用于小功率MOSFET.常见的规格如上.

主板上常用四端引脚的SOT-89 MOSFET.
SOP封装

SOP（Small Out-Line Package）的中文意思是“小外形封装”.SOP是表面贴装型封装之一,引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L 字形).材料有塑料和陶瓷两种.SOP也叫SOL 和DFP.SOP封装标准有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等等,SOP后面的数字表示引脚数.MOSFET的SOP封装多数采用SOP-8规格,业界往往把“P”省略,叫SO（Small Out-Line ）.
SO-8采用塑料封装,没有散热底板,散热不良,一般用于小功率MOSFET.

SO-8是PHILIP公司首先开发的,以后逐渐派生出TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、 SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）等标准规格.
这些派生的几种封装规格中,TSOP和TSSOP常用于MOSFET封装.
QFN-56封装

QFN（Quad Flat Non-leaded package）是表面贴装型封装之一,中文叫做四边无引线扁平封装,是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料作为密封材料的新兴表面贴装芯片封装技术.现在多称为LCC.QFN是日本电子机械工业会规定的名称.封装四边配置有电极接点,由于无引线,贴装占有面积比QFP小,高度比QFP低.这种封装也称为LCC、PCLC、P－LCC等.QFN本来用于集成电路的封装,MOSFET不会采用的.Intel提出的整合驱动与MOSFET的DrMOS采用QFN-56封装,56是指在芯片背面有56个连接Pin.
最新封装形式
由于CPU的低电压、大电流的发展趋势,对MOSFET提出输出电流大,导通电阻低,发热量低散热快,体积小的要求.MOSFET厂商除了改进芯片生产技术和工艺外,也不断改进封装技术,在与标准外形规格兼容的基础上,提出新的封装外形,并为自己研发的新封装注册商标名称.
下面分别介绍主要MOSFET厂商最新的封装形式.
瑞萨（RENESAS）的WPAK、LFPAK和LFPAK-I 封装

WPAK是瑞萨开发的一种高热辐射封装,通过仿D-PAK封装那样把芯片散热板焊接在主板上,通过主板散热,使小形封装的WPAK也可以达到D-PAK的输出电流.WPAK-D2封装了高/低2颗MOSFET,减小布线电感.

LFPAK和LFPAK-I是瑞萨开发的另外2种与SO-8兼容的小形封装.LFPAK类似D-PAK比D-PAK体积小.LFPAK-i是将散热板向上,通过散热片散热.
威世Power-PAK和Polar-PAK封装


Power-PAK是威世公司注册的MOSFET封装名称.Power-PAK包括有Power-PAK1212-8、Power-PAK SO-8两种规格.Polar PAK是双面散热的小形封装.

安森美的SO-8和WDFN8扁平引脚封装

安美森半导体开发了2种扁平引脚的MOSFET,其中SO-8兼容的扁平引脚被很多主板采用.


菲利普（Philps）的LFPAK和QLPAK封装

首先开发SO-8的菲利普也有改进SO-8的新封装技术,就是LFPAK和QLPAK.

意法（ST）半导体的PowerSO-8封装
法意半导体的SO-8改进技术叫做Power SO-8.


飞兆（Fairchild）半导体的Power 56封装

国际整流器（IR）的Direct FET封装
Direct FET封装属于反装型的,漏极（D）的散热板朝上,并覆盖金属外壳,通过金属外壳散热.

内部封装技术
前面介绍的最新封装形式都是MOSFET的外部封装.这些最新封装还包括内部封装技术的改进,尽管这些新封装技术的商标名称多种多样,其内部封装技术改进主要有三方面：一是改进封装内部的互连技术,二是增加漏极散热板,三是改变散热的热传导方向.
封装内部的互连技术:

早期的标准封装,包括TO,D-PAK、SOT、SOP,多采用焊线式的内部互连,在CPU核心电压较高,电流较小时期,这种封装可以满足需求.当CPU供电进展到低电压、大电流时代,焊线式封装就难以满足了.以标准焊线式SO-8为例,作为小功率MOSFET封装,发热量很小,对芯片的散热设计没有特别要求.主板的局部小功率供电（风扇调速）多采用这种SO-8的MOSFET.但用于现代的CPU供电就不能胜任了.这是由于焊线式SO-8的性能受到封装电阻、封装电感、PN结到PCB和外壳的热阻等四个因素的限制.
封装电阻
MOSFET在导通时存在电阻（RDS(on)）,这个电阻包括芯片内PN结电阻和焊线电阻,其中焊线电阻占50%.RDS(on)是影响MOSFET性能的重要因素.
封装电感
内部焊线的引线框封装的栅极、源极和漏极连接处会引入寄生电感.源极电感在电路中将会以共源电感形式出现,对MOSFET的开关速度有着重大影响.
芯片PN结到PCB的热阻
芯片的漏极粘合在引线框上,引线框被塑封壳包围,塑料是热的不良导体.漏极的热传导路径是芯片→引线框→引脚→PCB,这么长的路径必然是高热阻.至于源极的热传导还要经过焊线到PCB,热阻更高.
芯片PN结到外壳(封装顶部)的热阻
由于标准的SO-8采用塑料包封,芯片到封装顶部的传热路径很差
上述四种限制对其电学和热学性能有着极大的影响.随着电流密度要求的提高,MOSFET厂商采用SO-8的尺寸规格,同时对焊线互连形式进行改进,用金属带、或金属夹板代替焊线,降低封装电阻、电感和热阻.

国际整流器（IR）称之为Copper Strap技术,威世（Vishay）称之为Power Connect 技术,还有称之为Wireless Package.

据国际半导体报道,用铜带取代焊线后,热阻降低了10-20%,源极至封装的电阻降低了61%.特别一提的是用铜带替换14根2-mil金线,芯片源极电阻从1.1 m降到 0.11 m.
漏极散热板
标准SO-8封装采用塑料把芯片全部包围,低热阻的热传导通路只是芯片到PCB的引脚.底部紧贴PCB的是塑料外壳.塑料是热的不良导体,影响漏极的散热.封装的散热改进自然是除去引线框下方的塑封混合物,让引线框金属结构直接（或者加一层金属板）与PCB接触,并焊接到PCB焊盘上.它提供了大得多的接触面积,把热量从芯片上导走.这种结构还有一个附带的好处,即可以制成更薄的器件,因为塑封材料的消除降低了其厚度.

世的Power-PAK,法意半导体的Power SO-8,安美森半导体的SO-8 Flat Lead,瑞萨的WPAK、LFPAK,飞兆半导体的Power 56和Bottomless Package都采用这种散热技术.
改变散热的热传导方向
Power-PAK封装显著减小了芯片到PCB的热阻,实现芯片到PCB的高效率传热.不过,当电流的需求继续增大时,PCB也将出现热饱和,因此散热技术的进一步改进是改变散热方向,让芯片的热量传导到散热器而不是PCB.

瑞萨的LFPAK-I 封装,国际整流器的Direct FET封装就是这种散热技术.
整合驱动IC的DrMOS
传统的主板供电电路采用分立式的DC/DC降压开关电源,分立式方案无法满足对更高功率密度的要求,也不能解决较高开关频率下的寄生参数影响问题.随着封装、硅技术和集成技术的进步,把驱动器和MOSFET整合在一起,构建多芯片模块（MCM）已经成为现实.与分立式方案相比,多芯片模块可以节省相当可观的空间并提高功率密度,通过对驱动器和MOSFET的优化提高电能转换效率以及优质的DC电流.这就是称之为DrMOS的新一代供电器件.
DrMOS的主要特点是：
- 采用QFN56无脚封装,热阻抗很低.
- 采用内部引线键合以及铜夹带设计,尽量减少外部PCB布线,从而降低电感和电阻.
- 采用先进的深沟道硅(trench silicon)MOSFET工艺,显著降低传导、开关和栅极电荷损耗.
- 兼容多种控制器,可实现不同的工作模式,支持APS（Auto Phase Switching）.
- 针对目标应用进行设计的高度优化.
MOSFET发展趋势
伴随计算机技术发展对MOSFET的要求,MOSFET封装技术的发展趋势是性能方面高输出、高密度、高频率、高效率,体积方面是更趋向小形化.