功率器件

功率半导体的发展历程及其展望

技术分类： 电源技术 模拟设计 | 2005-02-16

EDN China

功率半导体器件和电力电子

世界上最早的半导体器件是整流器和晶体管，当时并没有功率半导体或微电子半导体之分。1958年，我国开始了第一个晶闸管研究课题(当初称为PNPN器件)。在大致相似的时间里，集成电路的研究也逐步开始。从此半导体器件向两个方向发展。前者成为电力电子学的基础，后者则发展并促成了微电子及信息电子学。

按照我国当时的体制，功率器件被归入机械系统，集成电路则列入电子系统。由于半导体的龙头在电子系统，再加上集成电路又是半导体的主体，因而经过长期的演变，在一些场合集成电路几乎成为半导体器件的唯一代名词。

六十年代末七十年代初，在全国曾掀起过一个\可控硅\热。这个热潮持续甚久，影响很大，因而国内至今仍有人认为功率半导体的主体就是可控硅。七十年代末

，可控硅发展成为一个大家族。并被冠以一个标准化的名称\晶闸管\。由于以开关技术来调节功率，所以在器件上的损耗很小，因此被誉为节能的王牌。其应用领域更是遍及到各个领域。我国在1979年开始酝酿成立电力电子学会，略早于美国IEEE成立电力电子学会(Power Electronics Society)。中国的电力电子学会成立后，由于专业的重要性，发展的速度很快。但当时也因为归口关系，它没有像美国那样成为一个独立的专业学会，而隶属于其后成立的中国电工技术学会。

把Power Electronics翻译和定义为电力电子(当初也有人主张称为功率电子)，对电力电子的普及化起了一定的作用。机械，电力，电子等部门都很关心它的发展。相关的功率半导体器件也因此被称为电力电子器件。但这个名称在国外却很难找到相对应的词汇。\电力\电子的提法在取得普及的同时，也留下了一些后遗症。使人们误认为只有大功率方向才是\电力\电子器件的主体，而难以将迅速发展的MOSFET视为\电力电子\的另一个主体。从这一点来说，我愿意以功率半导体器件作为本文的主题，而电力电子器件则可以更广义地用来表达包括其他非半导体在内的各种功率电子器件。

功率半导体器件发展的三个阶段

功率半导体器件的发展，大致可分为三个阶段。第一阶段是六十到七十年代，那时各种类型的晶闸管和大功率达林顿晶体管有很大的发展，或可称为是双极性的年代。其服务对象是以工业应用为主，包括电力系统，机车牵引等。第二阶段是八十到九十年代，由于功率MOSFET的兴起，使电力电子步入了一个新的领域。为近代蓬勃发展的4C产业：即

Communication，Computer，Consumer，Car(通信，电脑，消费电器，汽车)提供了新的活力。二十一世纪前后，功率半导体器件的发展又进入了第三阶段，即和集成电路结合愈来愈紧密的阶段，图一及图二对上述描述作了一个简单的归纳。当然，这里首先需要嗬重说明的是：当功率半导体器件不断发展时，前一阶段的主导产品并未退出历史舞台。例如晶闸管至今仍是一种重要产品。我国近年来先后引进超大功率晶闸管，光控晶闸管技术，为我国重大发电输电等项目，提供了关键器件。近来又在考虑引入IGCT技术。我国在这方面应该说已逐步走向世界前列。这与我国正在进行许多重大的基本建设有关。虽然从美国来看，大功率晶闸管的生产已愈来愈少，说明两国的经济发展历程并不完全相同。我在图二中画出了功率半导体器件在两个方向上的发展。左侧是双极性方向，正向著超大功率及集成化方向发展。右侧是单极性方向，它正和集成电路建立了愈来愈密切的不可分割的关系。

功率半导体器件和微电子

功率半导体器件是半导体器件中的重要一环，它和微电子器件关系紧密，因为微电子器件需要功率半导体器件配套以提供其电源及执行系统。如迅速发展的电脑，当CPU从286，486，向奔腾I，II，III，IV…发展时，对作为电源的功率半导体要求也愈来愈苛刻。例如现在正在发展电压小于1伏，电流上百安培的电源，这就必须发展最新的MOSFET器件才能满足需要。为了达到这些不断更新的性能指标

，功率半导体器件必须采用微电子器件相似的精细工艺。这也是本文将详细叙述的。 功率半导体器件和集成电路的紧密结合，在图一中列了四个方面:即

1)功率和微电子器件在芯片制造工艺上已日趋接近：功率MOS型器件为了达到更好的性能，例如要求更低的通态电阻，其工艺已从二十年前的几微米的技术迅速向亚微米甚至深亚微米发展。这和微电子器件的发展是一致的。

2)MOS型器件的封装技术也正在向集成电路靠近。这几年来，功率MOS器件已采用了像倒置(Flip)，球栅阵列(BGA)和多芯片模块(MCM)等包装形式。这些都是比较新的集成电路包装形式。

3)从器件结构来看，把功率MOS 型器件和集成电路做在同一个芯片上或是同一个包装中，是新的发展方向之一。所以把功率半导体器件

简单地等同为分立器件就不再合适了。以IR公司产品为例，功率集成电路，或是和IC做在一起的功率器件，以及特殊的先进器件，已占有其产品的一半以上。

4)全面解决(Total Solution)是各种器件的最终设想。寻求器件的功能完整，解决应用中所有的问题是器件制造者的理想。有了集成电路进入了功率半导体器件，这种全面解决的方案就更容易实现了。不仅对小功率方向是如此，甚至大功率方向也在追求更大的集成度和全面解决方案。当然，由一个器件来包含所有功能并不一定永远是最佳方案。例如要考虑成品率的损失，还要注意保护客户主动开发电路的积极性。 功率半导体器件概貌

有了上面那些对发展的总概念，下面来介绍一下功率半导体器件所包含的内容。图三给出了功率半导体器件的概貌。它可以分为三大部分，即双极性器件为主的传统功率半导体器件，以MOSFET和IC为主的现代功率半导体器件，和在前两者基础上发展起来的特大功率器件。本文将重点叙述现代功率半导体器件这部分，这些内容的变化是十分快的*。 首先，从MOS型器件来看，它一直在向两个方向发展：

一)按传统功率半导体的方向，即希望器件能有较高的电压，但仍有较低的内阻或压降。最典型的如绝缘栅双极性晶体管IGBT，它的结构和MOSFET十分相似。它具有MOS器件栅极绝缘和快速开关的能力。但其功率额定值◆类同于晶闸管。所以被原来做电力电子技术人员赏识为功率半导体器件的新平台。从IGBT的芯片来说，更新换代的速度也很快，如IR的第五代采用区熔硅材料的非穿通结构(NPT)，因其有更强的耐用度(ruggedness)而有利于较高压的工业应用。近年来在此基础上又发展了场终止(Field Stop)结构，使IGBT芯片可进一步减薄，例如做1200伏的FS IGBT只要用120微米厚度的硅片，从而又进一步降低了压降和动态损耗。IGBT实际上也有三个方向，1)做成塑封器件，它被大量用于家电的发展。2)做成模块形式，或者加上保护电路，触发电路成为智能功率模块(IPM)，这在空调设备中用得很多。近年来，IR公司正在发展一种称为iNTERO系列的模块。如图四所示。所谓intero，是意大利文，相当于英文中的entire，也就是全部的意思。它包含了一整套从较简易到较复杂的各种模块。如从仅含功率器件的主回路的功率集成模块PIM/BBI(Power Integrated Module/Bridge，Brake，Inverter)开始，发展到智能功率模块IPM，到I2PM(内表面绝缘的智能功率模块)，一直到最新的程控绝缘智能功率模块PI-IPM (Programmable Isolated-IPM)。在PI-IPM中又分为两种类型，即已写入软件的或尚未写入软件等两种。另外正在发展另一种简易型的直接插入式的模块，称为 \，可用于较小功率的空调和其他家电。3)在特大功率方面，IGBT也已跻身为一重要成员，例如做到6500伏的IGBT，可用来代替传统的GTO。在这方面，一些欧洲及日本的公司都有较大的发展。

nbsp; 在较高压的方向，MOSFET本身也作出了很多改进。例如超结结构。它突破了传统的MOSFET理论极限，展示了动人的前景。

二)MOSFET的更为主导的方向是向极低内阻等方向发展。最典型的就是在电脑中的应用。图五表明了内阻(RxA)及其开关优值(RxQswitch) 性能迅速改进的趋势。为达到这种性能，它要求每个MOSFET由更多更小的MOSFET原胞组成。这就要求其工艺精度必须向亚微米方向发展。

除了芯片性能的改进外，外壳包装技术也有了很大突破，IR在发展倒置场效应晶体管，又称\的基础上，今年又推出了DirectFET，如图六所示。其源极和栅极倒置因而可直接焊在印刷线路板上，漏极则焊在其顶部的金属壳上，必要时可以按上散热器或直接与设备外壳接触。DirectFET的尺寸相当于传统的SO-8塑封(塑封面积约4x5平方毫米)外壳。在这么小的器件

中，第一次采用了双面散热结构。它是一个没有引线架，没有引线焊点的器件，因此带来了一系列优点：它的不带芯片的封装电阻(DFPR)仅为0.1mW,器件厚度仅为0.7mm，热阻和寄生电感都大为下降。这种特性使它特别适用于上面提到的电脑最新代的CPU中。在多相电路中，每个相仅用两个DirectFET即可输送30安电流。其电流上升率达每微秒400安，工作频率为1-2兆赫。

其次，必须嗬重介绍一下功率半导体器件中的IC方向：由于MOSFET和IGBT的发展，和它们配套以提供触发信号的功率集成电路PIC(Power IC)也随之迅速发展起来。 当时又称为MOS栅驱动器MGD(MOS Gate Driver)或控制集成电路CIC (Control IC)。随著应用范围的扩大：如马达驱动，调光，各种电源等等，CIC的品种也有了迅速增加。而这些CIC在发展过程中，又逐渐由简单的触发功能向各种应用的特殊需要发展。早期的PIC主要是指可以在高压下使用的IC，所以又称高压集成电路(HVIC)。但目前很多应用，如通信，电脑，可⒆带电源等，它们并不要求有很高的电压，◆要求能针对特殊需要发展专用集成电路。因为它们和功率半导体器件结合应用，我们还是把它们列入了功率半导体器件一类。所以现在在功率半导体器件大家族中，有许多集成电路。其中很多集成电路内带有功率器件，有的则把功率器件分立在外。从这一点来说，功率和微电子的界限变得逐渐模糊。如电脑电源中大量应用的电压调制器件LDO(Low Drop Out)即为一例。它也不属于开关应用。

由于大量集成电路进入了功率半导体器件，因而考虑把集成电路和功率半导体器件做在同一个芯片或器件中的思路自然就发展了。做在同一芯片中，原来就是功率集成电路的概念，但其功率常比较小。而做在同一包装中，功率容量易于增大，一些无源元件也有可能加入，在这儿常称为多芯片模块(MCM)。

IR公司去年发展起来的iPOWIR是一种典型的多芯片模块。它将功率器件，控制用的集成电路，或再加上脉宽调制(PWM)的集成电路，按电源设计的需要，用BGA的封装技术组合在同一个器件中(如图七所示)。这种多芯片的器件大大简化了电源设计人员的工作。减小了元件数及所占的面积，性能上也有了很多改进。iPOWIR的发展，被认为是DC-DC变换的未来。但实际上，在其他各种应用领域，只要有进一步集成化的要求， MCM的结构

都会出现并且会愈来愈多。所以它将是整个功率半导体器件的重要发展方向。

在上面的介绍中，已经提到MOSFET的发展为4C产业的发展提供了重要的基础。而这4C产业，目前恰恰又是最活跃的产品方向。大家可以理解：在通信，电脑，消费电子及汽车的发展中，将需要有许多许多和IC紧密联系的各种类型的功率半导体器件。这方面每一个都可以用很大的篇幅来介绍。这◆就不再详述了。

结语

综上所述，功率半导体器件这些年来，不断地发生了很大的变化。所以不能再以固定的眼光去看待功率半导体器件的发展。

中国大功率半导体器件市场前景分析

2009-7-1 15:43:19 来源：中国自动化网 浏览：3189 网友评论 条 点击查看 我国将节能降耗作为国家的基本国策之一，功率半导体器件的发展及推广应用是节能的重要技术手段。在此前提下，探究国内外大功率半导体的技术趋势以及各行业应用发展现状，为国内该行业的发展提供参考，最终提高国内电力电子技术应用程度的普及提升。 1大功率半导体器件的定义范围

依据中国电力电子协会主要功率半导体器件会员单位以及国际同行的主导产品结构，我们将大功率半导体拆分为三大类产品便于统计分析，即：200A以上大功率晶闸管、25A以上晶闸管及整流模块、50A以上大功率IGBT。

2市场总体特点

大功率半导体技术已日益广泛地应用和渗透到电力、冶金、装备制造业、交通运输、国防等重点领域；并在新能源技术、激光等现代加工技术、高铁等前沿领域得到普及，总体来看，只要涉及到大功率的用电场合，以大功率半导体器件为核心的电力电子技术正逐步得到普及和提升。

近年来，我国功率半导体器件的发展十分迅速。产品的应用上，中小功率场合，晶闸管及整流模块、IGBT逐步得到较广泛的应用；大功率场合，仍以晶闸管为主。目前国内的功率器件制造，主要为晶闸管及其模块，只有几条小规模的IGBT后道封装线，还不完全具备研发、制造管芯的能力以及大功率IGBT的封装能力。 3大功率半导体器件的发展趋势

现代大功率半导体器件及其控制技术正朝以下几个方向发展：

（1）大电流、高压：现代电力电子器件正向大电流高压方向发展，以适应高压领域对电力电子器件快速需求的趋势，尤其在高压直流输电、高压电力无功补偿、高压电机、变频器等领域。

（2）高频化：从高压大电流的GTO到高频多功能的IGBT、MOSFET，其频率已从数千HZ到几十KHZ、MHZ。这标志着电力电子技术已进入高频化时代。

（3）集成化、智能化：几乎所有全控型器件都由许多的单元胞管子并联而成（IGBT、GTO）。

4主要国家或经济体大功率半导体市场规模及发展趋势分析

表1 2005年－2010年全球不同国家的大功率半导体市场规模(亿元)

国家或地区 2005年 美国 日本 欧洲 中国 其他 合计 11.49 15.23 19.83 29.76 15.42 91.73 2006年 12.09 15.98 21.36 35.49 17.67 102.59 2007年 12.78 16.76 23.17 42.55 20.43 115.69 2008年 13.45 17.54 25.04 51.35 23.66 131.04 2009年 14.27 18.32 26.98 62.07 27.04 148.68 2010年 15.19 19.15 29.12 75.67 31.29 170.42 资料来源：issuply

（1）美国：美国是电力电子器件的发源地，在全球电力电子器件市场中占有重要的位置。但近年来，电力电子器件生产逐步转移到欧洲及发展中国家，市场规模增长有限。美国著名的大功率半导体器件厂商有IR等。

（2）日本：从上世纪90 年代开始，日本一直是全球的电力电子器件的最大市场，占全球市场的30%以上。2000 年以后，亚洲成为电力电子器件最大的消费地区后，日本市场所占比率逐步下降。

日本电力电子器件厂商主要有Toshiba、Fuji Electric、SanRex、Mitsubishi。 （3）欧洲：是全球电力电子器件研发生产和市场发达的地区，拥有全球著名的ABB、INFINEON、DYNEX、Semikron等。

（4）中国：近年来随着中国经济的持续发展以及国家在电力、交通及基础设施的大规模投入，电力电子器件市场发展迅速，在全球市场中所占的份额越来越大。已成为全球最大的大功率电力电子器件需求市场。 5中国大功率半导体器件市场分析

由于中国经济的快速发展，中国目前已经成为全球最大的大功率分立器件市场。据统计，2008年中国的大功率分立器件市场规模达到了51.35亿元人民币，在全球市场中占到了39.19%的份额。预计未来5年，中国大功率分立器件市场销售额将保持20%的年均复合增长率，到2010年市场销售额将达到75.67亿元人民币,全球市场占比预计也将超过47.40%。

表2 2005年-2010中国不同种类的大功率半导体需求市场规模（亿元）

器件种类 大功率晶闸管 2005年 5.63 2006年 7.03 19.06 9.41 35.5 2007年 8.72 22.66 11.17 42.55 2008年 11.07 27.04 13.24 51.35 2009年 14.04 32.38 15.65 62.07 2010年 18.10 38.92 18.65 75.67 资料来源：CCID

总的来看，三大类产品中，晶闸管及整流模块由于涵盖的范围宽泛，目前仍是市场占比（销售收入占比）最高的一类。初步预计模块产品2005-2010年的复合增长率超过19%。 晶闸管产品，尽管这类产品是截至目前发展时间最长，国内技术也相对成熟，但由于国内庞大的需求市场，未来数年行业仍将维持18%以上的增长率。明显的成本优势是这类产品持续走俏的重要原因所在。

大功率IGBT在未来数年的发展中将呈现极高的增长率状况，但以进口为主。 6中国大功率半导体下游行业需求特征与需求规模分析

大功率半导体器件主要应用于输变电、冶金、马达驱动、轨道交通、电焊机、大功率

晶闸管及整流模16.09 块 IGBT 合计 8.04 29.76 电源等各个领域，从市场角度来看，各领域需求的增长稳定，都对大功率半导体的销售带来积极影响，大功率半导体分立器件产业保持着持续、快速、稳定的发展，产业规模不断壮大。并且随着国家节能降耗政策力量的加大，增长会更加迅速。具体规模如表3所示。

表3 2005年－2010年中国大功率半导体不同应用领域的市场规模(亿元)

应用领域 2005年 输变电 1.79 钢铁冶炼 8.33 马达驱动 3.87 轨道交通 6.55 大功率电源 3.57 电焊机 合计 3.87 29.77 其他领域 1.79 2006年 2.05 9.58 4.77 7.92 4.30 4.54 2.34 35.5 2007年 2.38 10.95 5.79 9.73 5.25 5.34 3.12 42.56 2008年 2.73 12.89 7.10 11.80 6.45 6.27 4.11 51.35 2009年 3.12 14.86 8.76 14.54 8.07 7.45 5.28 62.08 2010年 3.70 16.91 10.93 18.35 10.00 8.97 6.81 75.67 资料来源：CCID

（1）电力的输变电

目前持续加大输变电领域投资是中国电力工业长期发展的必然趋势。而“十一五”是中国电网建设跨越式的发展阶段，尤其是目前投资规模达近4万亿的“智能电网”已经成为国家电网建设的战略重点。未来几年无疑将是输配电设备行业发展的大好时机，大功率特别是高压大电流的晶闸管器件的市场会高速发展。 （2）钢铁及金属冶炼行业发展现状及趋势

我国钢铁行业固定资产投资增速较快，钢铁及冶炼行业是大功率半导体应用的主体领域之一。设备以熔炼炉和轧机控制为主．基本上该领域所采用到的大功率半导体产品均为高压高流产品。

表4 2002年－2008年中国钢铁重要产品产量一览（亿吨） 2002年 1.71 1.82 1.93 2003年 2.03 2.21 2.42 2004年 2.52 2.72 2.97 2005年 3.21 3.53 3.4 2006年 4.04 4.18 4.67 2007年 4.68 4.89 5.32 2008年 4.71 5.0 5.82 生铁 钢 钢材 资料来源：中钢协

（3）马达驱动（变频器、软启动）

目前，软启动产品和变频器电源主要用于电机的启动和变频调速, 在各行各业得到越

那时绝没有想到功率半导体器件也会愈做愈小，小到人们几乎不认为那是一个功率器件的程度。更不会想到对那种每边长度仅几个毫米的器件，也会考虑到利用双面散热而使功率密度加倍

这样一种包装形式终于出现了。那就是刚刚出现的 DirectFET，如图四所示，图五给出器件的剖面及和印刷线路板的连接示意图。DirectFET也是一种倒装器件，栅极和源极在下面，直接焊在印刷线路板上，而漏极在上，和一个铜盖帽相连。铜盖帽也焊在线路板上。这样一种结构，没有引线，无论电的通道和热的通道都十分舒畅。 它主要具有三个优点：

1）降低了封装本身的电阻，或用我上面已提到过的专用术语来讲：即降低了DFPR－－不计芯片的包装电阻，从而提高了器件的电流容量。

2）降低了从结到印刷电路板、结到外壳、结到周围环境的热阻，以使功率 MOSFET工作时所产生的热量更容易得到散发。这种结构还有利于使热量从上下两个方面同时散发。 3）从图四中可以看出，这种包装外形十

分简洁。因此可以减少电路布置和安装时的复杂性，并使印刷电路板的寄生电感损失最小。特别在CPU的时钟频率提高和电流增大时，对瞬态回应的要求也随嗬提高。 现在我们来看看何以有这么多的优点。

DirectFET的尺寸大小和SO-8相似，几年前IR公司曾发展了一种称为铜焊带 （Copper Strap）的结构，图六对这三种结构作了一个简要的对比。

从这个简单结构的示意图中可以看出：像SO－8那样的内外引线结构，显然有一个较大的电阻，其DFPR达到约1.5毫欧姆。DirectFET有一个完全不同于SO-8的电的通道，所以它的DFPR仅为0.2毫欧姆。这说明在采用了DirectFET的结构后，可降低约86％包装电阻，其效果是十分显著的。同为SO-8的结构若采用了铜焊带，即以较宽厚的铜焊带代替了常用的铝细丝，可以将包装电阻下降到约0.5毫欧姆。表明引线电阻在包装电阻中是最主要的部分。这◆还可以说明一下，一般的BGA结构，由于没有引线，包装电阻已可降到0.3毫欧姆。可以认为DirectFET因为特殊的铜盖帽又降低了0.1毫欧姆。

再从热的通道来看，SO-8从结到外壳的热阻为每瓦25度，所以很难通过外壳散热。热量基本上是靠两侧的引线输给线路板的。但从结到外壳的热阻也仍有每瓦20度，也即是说，当1瓦功率在器件中耗散时，它比线路板的温度要高出20度。对DirectFET就不一样了，从结到外壳的热阻仅为每瓦3度，说明器件上面的那个铜盖帽，对冷却器件是很有好处的。因此就产生了上面所说的双面散热的可能性了。DirectFET从结到线路板的热阻仅为每瓦1度。说明比原来的SO-8的效率要高出很多。在单相实际电路中，两个DirectFET可以替代五个SO-8。在多相电路中，DirectFET可以以少一倍的面积，流过加倍的电流。其效益是够惊人的。

最后用图说明一下DirectFET在安装时的简易性，图七给出了示意图，说明线路板布置是如何简洁，而且有利于并联。

IR第一批投入的产品有用于伺服器和高档桌上电脑的20伏MOSFET及用于上述方面并笔记本电脑的30伏MOSFET，都包括同步用及控制用的两种。

经过几年的发展，DirectFET已有很多种品种。2004年时又出现了DirectFETKY。这说明这种双面散热的结构是非常优越的结构。

MCM

现代电子封装的热点除了BGA外，另一个热点是MCM。功率半导体器件这些年来也跟上了这个趋势。上面已提到了BGA，现在以IR公司的 iPOWIR为例来简单介绍一下 MCM。

IR公司在多年前，已把MOSFET和肖特基组装在一起称之为FETKY。由于电路中同时需要一个高压侧的控制F

ET，和一个低压侧的同步FET。因此又发展了另一种双FETKY，有时译成对偶FETKY。 近两年来，IR又在这个基础上，又进一步把有关控制电路及某些无源元件也组合在一起，发展了iPOWIR。iPOWIR最早时有两种品种，用于单相降压变换器的称为iP1001，用于多相的称为iP2001。图八，图九及图十给出两者的外形，大致结构，和应用时的示意图以及和电路板的连接示意图。可以看到，iP1001已包括了MOSFET,Schottky，脉宽调制(PWM)IC，驱动(Driver)IC及一些被动元件等等。

也谈功率器件封装的演进和发展【Home Basic版】

(2010-07-15 23:19:19) 转载

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mosfet 封装 功率

【个人原创，借地发表】

半导体的封装对于半导体器件来说是很重要的一部分。功率半导体的历史并不悠久，而这些新兴的格式封装近年来不断在各种产品上露面，因此在此简单谈谈功率半导体的封装。 早期功率元件没有专用的封装，基本使用逻辑元件的封装。例如SOP(Small Outline Package)系列，SOT(Small Outline Transistor)系列，垂直安装和SMP安装的TO(Transistor Outline，又名DPAK)系列。由于早期的逻辑元件集成规模还不高，通常不需要通过太大的电流，因此在这些封装中硅片(chip)和引脚(lead)的连接是用引线键合(wirebond)的方式。

SOP-8 截面图

随着功率元件的发展，功率元件的承载电流能力越来越大，如今的功率元件在恶劣环境温度的静风条件中热降额载流能力可达30A以上，几乎是过去的一倍。而且电源的开关频率也逐步向高频发展（AC-DC中>100kHz，DC-DC中>500kHz）以减小后端无源器件的体积来适应小型化、高密度的趋势。而这些传统的封装技术由于自身封装电阻(DFPR)高、封装寄生电感（包括栅极寄生电感等）和封装热阻高的问题，阻碍了器件厂家改进制造工艺提升硅片性能的努力。例如，在09年底到今年初，欧美五大电源厂纷纷宣布典型通态电阻1mΩ级别的高性能MOSFET产品，而资料显示SOP-8的封装电阻高达1.5mΩ，表明了在一些极端情况下封装电阻已经高于硅片的结电阻。

SOP-8

SOT-23

TO-252

针对这些问题，封装的改进是必然的。

封装的改进可以对原技术在内连接结构上进行。其一，使用更昂贵的高导电性金属作为引线，例如Cu，Au。然而在功率元件成本变得越发低廉的今天，使用过于昂贵的金属是不合时宜的，例如已经基本没有厂商使用像Au这种贵重的金属了，能在高性能系列产品里使用Cu已经很难得，大多数产品依然使用Al。

其二，既然细细的键合引线无法承受更大的电流，使用更粗的物体连接便可以解决封装电阻的问题。目前常见的技术是桥夹技术(clipbond)，金属桥拥有比金属线更宽的截面积，因此电阻也更低，也改善了导热能力。将SOP和TO中的引线更换为桥夹之后，这些传统

的封装也能在一定程度上适应更高性能元件。要知道研发新型封装技术和配套的制造工艺以及购买相关制造设备开生产线是非常巨大的投资。而在集成度更高的一些器件，例如整合有门驱动甚至PWM的功率元件的中，倒装芯片技术(Flipbond)则应用得更普遍。

对于内连接的改进，从封装上改进显得更彻底一些。SOP拥有一个标准的小型化体积，因此在追求高功率密度的今天这样的体积是很受欢迎的，因此大部分新式封装都围绕着SOP进行，尽管新型封装看上去不一定“像”SOP，但是体积总是相当的。 JEDEC code.MO-235，LFPAK

MO-235是JEDEC的技术标准，它规定了该型元件的外形尺寸，凡是符合该规范的封装，无论厂家自行命名为何，都会标明该封装符合规范即满足JEDEC标准，焊盘可兼容。当然，MO-235这个生硬的编号后面有一个更为人熟悉的称呼，那就是LFPAK(Loss Free Package)。从LFPAK的外观来看，它其实更像DPAK。内部结构为一个被基板和桥夹夹住上的硅片，底座充当了LFPAK的漏极，而桥夹则作为引出源极和栅极的引脚。由此，底座可以作为向PCB散热的渠道，使得像SOP那样悬空的封装带来的高热阻得以降低，而低矮的封装塑料外壳也使得LFPAK可以使用顶部进行散热，例如附加的散热器。目前，恩智浦和瑞萨科技部署了LFPAK。值得一提的是，LFPAK是唯一一种通过AEC-Q101汽车电子级器件认证的高性能功率半导体封装。

LFPAK及截面图

JEDEC code.MO-240，DFN

尽管LFPAK成功减小了封装体积而且有效解决了热阻问题，但是外部引脚的存在还是带来了各种寄生电感。能不能在LFPAK的基础上再进行改进呢？那就是MO-240。和这个拗口的名字比起来，也许大家更熟悉DFN(Dual Flat No-lead)这个称呼。相对于MO-235，MO-240也使用桥夹技术，并且也拥有一个散热底座，因此MO-240的热阻和MO-235相差无几。而MO-240的最大特点就是无外部引脚。这就在很大程度上缓解了由于外部引脚焊接带来了各种寄生电感，使得功率元件面对更高的开关频率时损耗更小。除此之外，MO-240还有各种体积的衍生封装规格以适应不同的应用领域，例如标准的5×6mm的MO-240，以及3×3mm的小型化版本。由于MO-240的种种优势，使得功率厂商对这种封装兴趣更大，到目前为止，众多功率半导体厂都开发了基于MO-240的封装，如英飞凌的PG-T(S)DSON-8，飞兆的DFN，威世的PowerPAK，意法半导体的PowerFLAT，安森美的SO8-FL，NEC电子的HVSON8，茂达电子的KPAK，万代半导体的DFN，富鼎先进的PMPAK，美格纳的PowerFLAT。

来自安森美的SO8-FL和英飞凌的PG-T(S)DSON-8对比

DirectFET

尽管MO-235和MO-240都在一定程度上的解决了封装热阻和封装寄生电感的问题，但他们的主要散热途径依然是从基座向PCB散发，尽管可以利用顶部散热，但受到塑料导热率的限制而使得这些由SOP发展而来的封装依然显得不是太完美。有没有更好的封装呢？那就是IR的DirectFET。

DirectFET的外观看上去就像一个碟形金属壳，而硅片正是倒装在这个铜壳里的。这样，倒装硅片直接与PCB焊接，而焊接面自然就为源极和栅极，漏极则直接与铜壳连接，铜壳在这里同时充当了封装外壳和封装的漏极引线。IR将DirectFET称为革命性的封装，该封装技术没有使用引线键合或者桥夹，甚至没有传统意义上的“引脚”，而这些正是封装电阻的主要来源。同时，创新性的漏极铜外壳允许RD将下桥外壳作为PCB印制线使用，大面积的

焊接也使得MOSFET可以与PCB良好接触，消除了由PCB电流路径上的寄生电感。而且，铜外壳有着比塑料更良好的导热率，将封装热阻降低到了最大限度。由此，IR解决了由封装技术导致的限制功率器件性能继续提高的三个难题。

DirectFET及截面图

而DirectFET的唯一问题在于它完全没有外部引线，安装工艺和焊接材料的要求有所提高。目前，IR已经把该技术授权给了英飞凌和富鼎先进（由于专利原因，授权之后的封装名称分别被称之为CanPAK和GreenFET）。

最后不得不提一提，如今很多媒体在宣传上经常针对某种封装进行大吹大捧或者极力贬低。虽然传统的SOP和TO封装已经对如今的新款高性能级产品造成了一定限制，但是并不代表它们就准备行将就木退出历史舞台。一方面，通过内连接技术的改进，它们还有提升的余地，正如意法半导体和NEC电子将桥夹技术导入了TO-252和SOP-8封装中使得封装电阻大幅降低。另一方面，厂商在产品线上针对不同的应用类型有基于同一封装的各种性能的产品，例如英飞凌的OptiMOS3代产品拥有从014N03LS～120N03LS在内通态电阻跨越1mΩ到10mΩ的十几款MOSFET分别面向高性能同步DC-DC下桥、高频率下拥有低损耗的上桥器件。由此可见真正决定产品性能的是硅片，而不是产品的封装。

飞兆半导体公司 (Fairchild Semiconductor) 推出十款全新的高效率集成式Motion-SPM功率模块，适用于高达3kW范围的家用电器和工业电机应用。Motion-SPM模块在紧凑的44mm X 26.8mm Mini-DIP封装内集成了经过全面测试的元件，包括三个HVIC、一个LVIC、六个NPT IGBT、六个FRD，以及三个自举电路二极管，可为高能效的三相电机提供出色的变频功率部分控制功能。这些产品能够替代多达22个分立元件，能够大大减小线路板空间、降低制造成本、缩短产品上市时间及提高系统可靠性。 飞兆半导体功能功率解决方案副总裁Taehoon Kim称：“飞兆半导体通过提供先进的SPM? 功率模块解决方案，继续进行产品创新。我们将三个自举电阻和三个自举二极管集成进现有的SPM模块中，以实现更简单小巧的线路板设计，可省去六个外部元件。这些模块具有NPT IGBT的特性，能在导通损耗和开关损耗之间提供最优的平衡，以及高度保证的结点温度，从而提升系统效率和可靠性。对于节能和成本要求严格的电机应用而言，飞兆半导体的Motion-SPM功率模块是理想的解决方案。” Motion-SPM功率模块的主要优点包括： 节省空间和成本 - 采用44mm X 26.8mm Mini-DIP封装的Motion-SPM替代了22个分立元件。 - 内置HVIC为无光耦接口提供单端接地电源|稳压器 系统效率 - 内置NPT IGBT在导通损耗和开关损耗之间提供了最佳平衡 (FSBB15CH60B (600V/15A)： VCE(SAT), typ = 1.6V, EOFF, typ = 28μJ/A) - 死区时间短 (FSBB15CH60B:tdead = 1.5μs); 以及 系统可靠性 - 集成了19个经全面测试的元件 - 高度保证的结温 (TJ =150°C)，以及2500V隔离电压 - 短路承受时间长 - 欠压 (UV)、热关机 (TSD) 及短路 (SC) 保护 这些高度集成的器件采用了以全铸模或直接敷铜 (DBC) 为基础的封装技术。Motion-SPM 产品的创新性DBC Mini-DIP封装具有极低的热阻(FSBB30CH60B (600V/30A): Rth(j-c), IGBT = 1.17°C/W). 这些Motion-SPM产品采用无铅 (Pb-free) 端子，潮湿敏感度符合IPC/JEDEC 标准J-STD-020对无铅回流焊的要求。所有飞兆半导体产品均设计符合欧盟的有害物质限用指令 (RoHs)。

【产通社，1月28日】IHS iSuppli公司的研究显示，继2010年增长41.6%之后，2011年全球电源管理半导体市场销售额增长速度将明显放慢，但仍将保持两位数的速度。2011年全球电源管理半导体销售额将升至362亿美元，比2010年增长13.9%。2011年每个季度都将保持增长。

2010年该市场强劲增长，电源管理半导体销售额从2009年的225亿美元大增到318亿美元。由于2010年急剧增长，2011年增长速度将会下降。2011年销售增长速度将难以保持2010年那样强劲。2009年产业衰退，2010年销售额急剧反弹。

2011年推动全球电源管理半导体销售额继续增长的因素，包括产业寻求进一步提高电池驱动设备的效率。全球各地的消费者都希望手机、平板电脑、笔记本电脑和便携导航设备等移动设备的电池具有更长的寿命，可能促使电源管理IC领域出现新的设计趋势，从而提供供应商的营业收入。

推动市场扩张的另一个因素，将是替代能源市场的增长，包括太阳能、风能、汽车电气化和智能电网。IHS iSuppli公司的研究显示，2011年替代能源正在从电源管理领域中的新兴市场变成更加主流的市场，从而促进供应商的营业收入增长。

2011年的其它趋势包括，电源IC集成度进一步提高；拥有进一步集成其芯片的技术的供应商，将在销售收入方面获益最多。

IHS公司认为，一些老牌电源供应商预计会大幅转变策略，以适应不断变化的市场形势。随着竞争力下降，而且面临许多以较低价格提供优秀设计的较小供应商的猛烈攻击，老牌供应商可能重组以应对威胁。

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